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文档简介
1、三氯氧磷作为N型硅掺杂剂的工艺描述氧氯化磷(POCl 3)是一种用于n型区到硅衬底上扩散液磷源。掺杂浓度可以控制以提供接近使用双极器件或轻掺杂区的固溶度水平MOS器件。掺杂材料可以用来形成双极器件的发射区,源/漏和掺杂的多晶硅MOS器件结构中的应用。 氧氯化磷(POCl 3)氧化在正常工艺温度与氧形成P 2 0 5。这种材料是由硅暴露在晶片表面形成元素反应降低磷和硅。在这一点上的磷扩散到硅的速度通过对加热炉温度的确定。扩散深度或结深,(XJ),发现用在炉内温度的材料的扩散系数。对氧化的化学反应POCl 3如下:过程性能 掺杂进入扩散管必须加以控制,使电阻率量,保持过程的一致性和可重复性。这种控
2、制是通过喷水保持化学和载气流量的精确控制恒定的温度来实现的。图1为材料的蒸气压曲线。最常使用的鼓泡装置温度是20°C。要保持鼓泡装置温度至少5°C降低温度比周围围绕连接鼓泡装置对炉管温度。这可以防止形成冷凝水从喷水导致扩散管的线。这也是确保选择的化学温度会使气体控制器的操作单元的校准范围内重要。这是重要的当用热质量流量气体控制器。载气的选择最常见的载气,是用在工业氮气。氩还可以用于如果需要使用真正的惰性气体作为载气的化学。在任何情况下都应该氧气作为载气的化学。这是一个非常不安全的做法在过去是常见的行业内。这样的做法会引起鼓泡器和化学遏制损失的失败。惰性载气的选择是明智的安全
3、运行。拿起材料率是独立的载气。化学质量流量图2是在不同载气流速和起泡温度POCl 3摄取速度。这些值是用以下公式计算:O(M,)POCl3= POCl3摄取率克/每分钟Pvap= POCl3在鼓泡时温度下的压强PB=鼓泡装置所在的大气压强MW=相对分子质量(MPOCL3=153.33 g/mol)QC2=载流速度SCCM (标准毫升/分钟)设置过程在设置POCl 3过程的第一步是找到该管的实际容积。这是通过使用下面的公式做了:V-在升管总体积R-扩散管半径L-在扩散管的长度使用例子中215.9cm管直径和长度在14厘米的管,将用于在沉积过程中,以下步骤应该被用来决定该三维气体流动的范围。1、发
4、现体积管的使用上面列出的方程。半径为7.0cm和长度215.9cm因此体积(3.1416 x 49 x 1000 = 215.9)为33.24L。这是管将用于沉积的POCl 3总体积。2、决定速率的气体将所需的过程。气体的交换率应在37分钟。这将对晶片表面提供足够的新的原料来源。汇率也将被用于沉积源流动时间。这个信息被发现在图4的讨论后。调整汇率可能会在稍后的讨论。作为一个实际的例子,大多数炉设置UPS为5分钟是最好的。在本例中5分钟将使用。3、现在把该管的体积通过汇率和找到答案。使用步骤1中的体积为例,答案是33.24除以5等于6.65升每分钟的主要氮气体流量。4、发现通过计算5%的6.65
5、L的主要氮流量过程所需的氧气量,结果是0.332升每分钟,是需要所有的化学反应为氧化环境,氧流量。5。发现载气通过计算5%的6.65L的主要氮流量或0.332载流过程所需量。5%是用在鼓泡装置温度20°,这将导致0.332 SLM载体流发生载流。其他起泡温度使用图3就能找到实际的比例。 在最后的步骤中提供的信息,例如炉管中气体流动如下:主要氮 = 6.65 SLM(Standard Liter per Minute)是表示每分钟标准升氧流量 = 0.332 SLM载体氮流= 0.332 SLM at 20°C最后必须对载气流量是海拔高度调整。海拔高程的影响饱和点。除非这个校
6、正,载气流量的差异将大到足以产生问题。这个过程可能导致的困难当气体流从一个网站到另一个位置,当有一个高程差。从图4这校正将被用来减少载体流随着海拔高度的增加。图4提供了一个快速修正的、没有重新计算实际的质量流量。这种校正载气流量高程将确保任何变化将产生相同的炉内气体流动状况。有必要使这个修正发现掺杂剂的实际质量流量进入炉过程。作为一个粗略的近似,压力下降lmm 40.6英尺海拔高程的变化。此时的唯一信息缺失的是实际的源代码运行时间在几分钟内,承运人将鼓泡的实际来源的运行时间和温度需要操作高炉生产所需的电沉积。解决了最后两个未知数,就要看在不同温度下的磷硅中的固溶度。在不同温度下的磷硅中的固溶度
7、:信息表明,最高将在1150°C的温度下达到。这个信息可以用来到达基于各种炉温度范围源流时间。这个一般信息可以为流程提供一个粗略的起点。电阻率范围的重叠是由于不同的时间源。在每一个时间范围从5分钟到50分钟的时间源流量变化。使用此信息,曲线可以开发将更详细的覆盖范围。这一信息如图5所示。在所有的例子中,将给予源周期包括以下:采样过程他只遵循流程作为示例提供单一顺序和过程开发旨在提供一个起点。给出的信息和公式对普通悬臂式晶片支持系统。其他类型系统应在使用,它可能需要修改总气体流动为这种类型的系统。然而,源气体流量的比率主要氮气流量和氧气流量必须保持不变。一些调整所需的流动也可能获得最好
8、的整个晶片电阻率控制和运行。这是好调试的工艺过程。使用作为一个例子,假设将如下:1、晶圆直径125mm 150mm2、管直径 190m 235mm3、1.829米管长度4、3-5每平方目标电阻率读数5、20°C起泡温度6、假设升高了一个海拔高度(760mmHg)利用文本中的信息,第一步是对管体积的测定。1.829m 190mm×管体积51.86升。利用气体交换率,每5分钟一次,氮需要10.4 SLM。下一步是决定氧流量。利用给出的信息,我们发现5%的主要氮流量0.519 SLM。这是过程正确的氧气量。源氮流量,因为鼓泡装置的温度是20°C,将比例的氧流量相同,或0
9、.519 SLM。如果另一个气泡的温度要用,比例已经改变了,如图3所示的正确金额。同样的逻辑用于较大的管。把信息以图表形式的过程如下: 条件过程1过程2管规格190mm235mm晶圆尺寸125mm150mm基板硅硅电阻率3-5/sq3-5/sq氧气0.519L/min0.519L/min氮载体0.519L/min0.519L/min炉温度10251025源的时间20min20min浸泡时间5min5min吹扫时间5min5minPS: 晶元(Wafer),是生产集成电路所用的载体,多指单晶硅圆片。单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼,经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶硅棒,单晶硅棒经过抛光、切片之
10、后,就成为了晶元。注:清洗和浸泡时间不小于系统的交换比率。对保持这两者的时间比气体交换时间更长是重要的。保持的时间更长,这将防止的掺杂下炉管长度分布不均匀的问题。有炉温度和源次的几种组合,会容许一个超过预期的电阻率。要记住的重要一点是这个过程的整个热预算。有时,它对在短时间源达到更高的温度是很重要的。有时它可能是有益于低温和长时间源来减少热预算过程。这些都是设计和开发过程的细微之处。一个典型的过程序列步骤时间min温度()使用气体通入15-25800 (或更少)N2加大15-40见图表N2, O2稳定5-25见图表N2, O2源见图表见图表N2, O2, 携带源的N2清扫5-25见图表O2缓降
11、40-125800 (或更少)N2停止通入15-25800 (或更少)N2×注意:清洗周期可能在纯氧的气氛下运行,会减少磷浓度在晶片表面上的沉积玻璃层。减少浓度会降低附着力差的问题,可以在熟料的光遮罩使用下有助于减少石英 器皿的形成。实际的清洗周期可能与氧和氮的任意组合。氧气量越大,对氮流,会导致表面氧化将不易吸收水分。同样,这是个体的一部分设备相关的开发步骤。这里的信息是一般性的,如果之后会产生一个工作集的炉条件。这些条件可以提炼的过程工程师开发过程,将根据一系列独特的条件。这一信息,提出了将生产的起点,而不是最终的工艺条件。特别指出:1 晶片安装垂直于流动的气体。活跃的方向的晶片
12、应该面对的初始设置过程中源。可能改变方向的来源,看看这有助于均匀性。2。硅晶圆的负载大小为每个运行必须相同。仿制或非晶片过程必须放置在所有完全填满船的职位空缺。所有新鲜剥夺了假晶圆或新的晶片应该pre-sourced通过运行一个或多个过程周期使用前产品晶片。未能执行这个步骤可能导致可怜的均匀性3。晶片放置到炉必须这样做,周围的空间的晶圆炉管壁是相等的距离附近的所有道路。肯定不会不均匀间隔的一个领域。这一步是很重要的获得良好的电阻率控制在整个晶片。4。晶片间距是3/16英寸或4.7毫米中心。晶片不能触摸彼此。5。所有过程气体必须低含水率。气应该小于1.0 ppm的含水量。不仅会污染的化学结果随着
13、时间的推移,但工艺参数的控制将不可预测。产生一个稳定的过程,过程的含水率天然气供应必须保持不变,和最低的金额。水分进入天然气供应的最大原因是过程不适。是很重要的衡量所有的天然气供应的水分含量在接近气体进入扩散管的地方。水分监视器应该安装点附近的使用,尽可能靠近丛林。天然气管道出现泄漏,随着时间的推移,它永远不应该理所当然地认为气是免费的从水分污染。6。所有的天然气管道必须密封。之间的所有连接气体的来源和最终使用点必须不漏。7。由于出口的反应气体炉与水分的清除剂部分,会有粘性的建立明确材料的管。这可以消除通过减少使用的化学过程的流动,或加热的冷端管从最后一个加热元件退出排气。有特殊的加热块,可以
14、使用,将停止酸的积累的管。这种材料是由主要是磷酸和少量盐酸。这种材料应使用标准的酸处理技术处理。8。清洗所有的石英应该做定期消除磷的累积在墙上的管。这种积累不是纯磷但如重掺杂磷硅酸盐玻璃。因为这种材料可以作为磷源晶片必须通过化学手段被免职。这是通过使用高频的稀溶液和水。最常见的混合使用的是10比1或10份水1份高频。这一步是做下罩与正确的安全装置被磨损。清洗后,必须pre-sourced防止石英石英成为一个水槽为掺杂剂。未能执行这一步将导致一致性问题后的第一个晶圆加工清洗周期。9。偶尔,保持炉的另一种方法的建立是蒸汽管。这是通过使用一个氢/氧喷嘴形成的蒸汽炉管。这种简单设置当新炉安装或者丛林被
15、替换为新的设计。通过使用这种类型的过程,生活或使用常规拉之间的管扩展和清洁操作。这种方法已被用于扩展实际的时间每年只有两个事件。这就增加了炉的实际产量。另一种方法是把炉放到备用使用纯氧大气代替通常的氮。这也将减少积聚在管掺杂剂。10。磷酰氯与水以剧烈的方式反应。应该避免接触这种化学物质和水。如果发生泄漏,应与适当的吸收剂吸收材料。这种材料必须符合当地使用,一些化学材料如蛭石可以吸收化学物质,但灰尘和钠可能对大多数最晶圆厂(来说),是一个问题。请咨询你的安全部门适当的材料选择。安全处理的材料取决于工厂的位置和个人安全部门和每个地区的环境法规。11。鼓泡装置的安装口最大流量大小不能超过一定限度。推
16、荐的最大流量为500 cc, 鼓泡流量是400 SCCM。较大的1000 cc和1500 cc的鼓泡装置将能够(承受)高达2000 SCCM的流动。12。鼓泡装置不能暴露在压力大于15 PSIG(磅/平方英寸,即表压)。13。减少伤害小厚度的二氧化硅表面可能会越来越多的暴露硅表面掺杂剂沉积之前。必须注意在这一层适当厚度的测定。厚度不能掩盖了掺杂剂。一般来说,厚度将不到100。还有待学习的信息,计算的深度扩散材料。结深度(Xj)是温度的函数,材料电阻率和时间,晶圆开始扩散温度。氮气带入热量计算:氮气比热容:Cp=1.038 KJ/(Kg·K)Q=Cp·m·t若冲入氮气流量为2000mL/min时,当冲入氮气为35,因为鼓泡装置温度一般为20,所以我们已出来氮气为20计算,此时冲入1min所放出热量为:冲入氮气质量m=密度×体积=2L·1.25g/L=2.5g=0.0025kg放出热量= Cp·m·(T终T起)=1.038 KJ/(Kg· K)×0.0025 Kg×(2035)=0.038925(KJ)40时:热量= Cp·m·(T终T起)=1.038
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