半导体制程概论chapter5加热工艺

半导体制程概论chapter5加热工艺2024/4/3半导体制程概论chapter5加热工艺半导体制程概论chapter5加热工艺2024/4/1半导体1目标列出三种加热制程描述集成电路制造的热制程描述热氧化制程说明快速加热制程(RTP)的优点半导体制程概论chapter5加热工艺2目标列出三种加热制程半导体制程概论chapter5加热工艺2主题简介硬设备氧化扩散退火离子注入后退火合金热处理再流动高温化学气相沉积法(CVD)外延硅沉积多晶硅沉积氮化硅沉积快速加热制程(RTP)系统快速加热退火快速加热氧化未来的趋势半导体制程概论chapter5加热工艺3主题简介高温化学气相沉积法(CVD)半导体制程概论chapt定义热制程是在高温操作的制造程序，其温度经常较铝的熔点高加热制程通常在高温炉进行，一般称之为扩散炉早期的半导体工业已广泛的应用在扩散掺杂的制程半导体制程概论chapter5加热工艺4定义热制程是在高温操作的制造程序，其温度经常较铝的熔点高半导简介硅的优点高丰量,价格便宜稳定且容易与氧化合早期的集成电路制造，氧化和扩散是制程中的支柱半导体制程概论chapter5加热工艺5简介硅的优点半导体制程概论chapter5加热工艺5集成电路制程流程材料设计光刻集成电路生产厂房测试封装最后测试加热制程光刻离子注入去光刻胶金属化化学机械研磨介质沉积晶圆刻蚀去光刻胶半导体制程概论chapter5加热工艺6集成电路制程流程材料设计光刻集成电路生产厂房测试封硬件设备总览半导体制程概论chapter5加热工艺7硬件设备总览半导体制程概论chapter5加热工艺7水平式炉管热制程中一般使用的工具一般称为扩散炉石英管内部有一陶瓷内衬称为马弗(muffle)属于多重管路系统半导体制程概论chapter5加热工艺8水平式炉管热制程中一般使用的工具半导体制程概论chapter气体输送系统制程炉管排气装载系统控制系统水平式炉管的布局图半导体制程概论chapter5加热工艺9气体输送系统制程炉管排气装载系统控制系统水平式炉管的布局图半计算机微控器微控器微控器微控器微控器炉管界面电路板排气界面电路板气体面板界面电路板装载站界面电路板真空系统界面电路板高温炉控制系统功能图半导体制程概论chapter5加热工艺10计算机微控器微控器微控器微控器微控器炉管界面电路板排气界面电送至工艺炉管MFCMFCMFC控制阀调压器气体钢瓶气体输送系统示意图半导体制程概论chapter5加热工艺11送至工艺炉管MFCMFCMFC控制阀调压器气体钢瓶气体输送系源气柜气体源氧水蒸气氮氢气体控制面板流量控制器流量计半导体制程概论chapter5加热工艺12源气柜气体源半导体制程概论chapter5加热工艺12氧化的氧来源干式氧化---高纯度的氧气水蒸气气泡式系统冲洗式系统氢和氧,H2+O2

H2O氯源,栅极再氧化过程抑制移动的离子无水氯化氢,HCl三氯乙烯(TCE),三氯乙烷(TCA)半导体制程概论chapter5加热工艺13氧化的氧来源干式氧化---高纯度的氧气半导体制程概论chap扩散源P型掺杂物B2H6,烧焦巧克力和太甜的味道有毒易燃且易爆的N型掺杂物PH3,腐鱼味AsH3,像大蒜的味道有毒易燃且易爆的吹除净化的气体N2半导体制程概论chapter5加热工艺14扩散源P型掺杂物半导体制程概论chapter5加热工艺14沉积源做为多晶硅和氮化硅沉积的硅源:硅烷,SiH4,会自燃,有毒且易爆炸二氯硅烷,SiH2Cl2,极易燃氮化硅沉积的氮源:NH3,刺鼻的,让人不舒服的味道,具腐蚀性多晶硅沉积的掺杂物B2H6,PH3和AsH3吹除净化的气体N2半导体制程概论chapter5加热工艺15沉积源做为多晶硅和氮化硅沉积的硅源:半导体制程概论chapt退火源高纯度的氮气,大部分的退火制程使用.H2O经常做為PSG或BPSG再流动制程的周围气体.在浅沟绝缘槽制程中的未掺杂硅玻璃化学机械研磨制程，退火制程中使用氧气.较低等级的氮气使用在闲置吹除净化制程.半导体制程概论chapter5加热工艺16退火源高纯度的氮气,大部分的退火制程使用.半导体制程概论ch排气系统再释放前要先移除有害的气体有毒的,易燃的,易爆炸的,具腐蚀性的气体.燃烧室移除大部分有毒的,易燃的,易爆炸的气体洗涤室用水移除燃烧后的氧化物和具腐蚀性的气体.处理后的气体排放到大气.半导体制程概论chapter5加热工艺17排气系统再释放前要先移除有害的气体半导体制程概论chapte装载晶圆,水平式系统到排气端制程炉管晶舟承载架制程气体晶圆半导体制程概论chapter5加热工艺18装载晶圆,水平式系统到排气端制程炉管晶舟承载架制程气体晶圆装载晶圆,垂直式系统晶圆塔架半导体制程概论chapter5加热工艺19装载晶圆,垂直式系统晶圆塔架半导体制程概论chapter5热制程对温度相当的敏感必要的精密温度控制0.5°C,中央区带0.05%在1000°C温度控制半导体制程概论chapter5加热工艺20热制程对温度相当的敏感温度控制半导体制程概论chapter5温度控制系统热偶与反应管接触成比例的能带控制器将功率馈入加热线圈加热功率与设定点和测量点的差值成比例半导体制程概论chapter5加热工艺21温度控制系统热偶与反应管接触半导体制程概论chapter5加反应室高纯度石英高温稳定性适当基本的清洗缺点易碎的一些金属离子不能作为钠的屏障高于1200°C可能产生冰晶雪花般多晶态结构，从而表层产生剥离半导体制程概论chapter5加热工艺22反应室高纯度石英半导体制程概论chapter5加热工艺22水平式高温炉中心带区平坦带区距离温度加热线圈石英炉管气流晶圆半导体制程概论chapter5加热工艺23水平式高温炉中心带区距离温度加热线圈石英炉管气流晶圆半导体制制程反应室晶圆塔架加热器垂直式高温炉,制程位置半导体制程概论chapter5加热工艺24制程反应室晶圆塔架加热器垂直式高温炉,制程位置半导体制程概石英炉管电融合火焰融合两者可用来追踪金属量火焰融合管产生的组件具有较佳的特性.半导体制程概论chapter5加热工艺25石英炉管电融合半导体制程概论chapter5加热工艺25石英管清洗对沉积高温炉制程避免粒子污染物特别重要在生产工厂外面,反应室外氢氟酸(HF)储存槽每一次移除石英的薄层受限于石英管的生命期反应室内部清洗在管的内部产生等离子体在等离子体中从NF3分解离开污染物产生氟元素自由基半导体制程概论chapter5加热工艺26石英管清洗对沉积高温炉制程避免粒子污染物特别重要半导体制程概碳化硅管优点较高的热稳定性较好的金属离子阻挡缺点比较重比较贵半导体制程概论chapter5加热工艺27碳化硅管优点半导体制程概论chapter5加热工艺27温度控制

反-弯曲法向制程温度倾斜较低温时慢慢的装载晶圆(闲置温度,~800°C)在一个较短的稳定周期之后，使温度向制程点倾斜慢速装载1英吋/分钟200片六吋晶圆温度约下降50°C的热容量半导体制程概论chapter5加热工艺28温度控制

反-弯曲法向制程温度倾斜半导体制程概论chapt水平式高温炉包含3~4个炉管(反应室)每一个炉管的温度控制系统分开半导体制程概论chapter5加热工艺29水平式高温炉包含3~4个炉管(反应室)半导体制程概论cha水平高温炉中心带区平坦带区距离温度加热线圈石英炉管气流晶圆半导体制程概论chapter5加热工艺30水平高温炉中心带区距离温度加热线圈石英炉管气流晶圆半导体制程高温炉晶圆清洗站晶圆装载站手动晶圆装载自动晶圆装载氧化制程自动化半导体制程概论chapter5加热工艺31高温炉晶圆清洗站半导体制程概论chapter5加热工艺31垂直石英炉制程管以垂直方向置放较小的占地面积较好的污染物控制较好的晶圆控制较低的维护成本和较高的晶圆处理量半导体制程概论chapter5加热工艺32垂直石英炉制程管以垂直方向置放半导体制程概论chapter5制程反应室晶圆塔架加热器垂直高温炉,装载和卸除的位置半导体制程概论chapter5加热工艺33制程反应室晶圆塔架加热器垂直高温炉,装载和卸除的位置半导体制较小的占地空间先进生产工厂的无尘室空间相当昂贵小的占地面积降低建造成本【costofownership(COO)】半导体制程概论chapter5加热工艺34较小的占地空间先进生产工厂的无尘室空间相当昂贵半导体制程概论较好的污染物控制气体流动从上到下对于层气流的控制有较好的均匀性粒子大部分落在最上面的晶圆，而不会掉到底下的晶圆半导体制程概论chapter5加热工艺35较好的污染物控制气体流动从上到下半导体制程概论chapter较好的晶圆控制当控制较大直径尺寸的晶圆数量时，作用在水平炉管的承载架的力矩也很高在垂直高温炉的晶圆塔架则是零力矩半导体制程概论chapter5加热工艺36较好的晶圆控制当控制较大直径尺寸的晶圆数量时，作用在水平炉管硬件设备综述高温炉经常使用在加热制程高温炉一般包括控制系统、气体输送系统、制程炉管或反应室、晶圆装载系统和气体排放系统.垂直高温炉因为有较小的占地面积、较好的污染物控制和较低的维护成本因此被广泛使用.精确的温度控制和均匀性是加热制程成功的首要因素.半导体制程概论chapter5加热工艺37硬件设备综述高温炉经常使用在加热制程半导体制程概论chapt氧化半导体制程概论chapter5加热工艺38氧化半导体制程概论chapter5加热工艺38氧化简介应用机制制程系统快速加热氧化半导体制程概论chapter5加热工艺39氧化简介半导体制程概论chapter5加热工艺39简介硅和氧产生反应产生稳定的氧化物广泛的使用在IC制造Si+O2

SiO2半导体制程概论chapter5加热工艺40简介硅和氧产生反应半导体制程概论chapter5加热工艺40二氧化硅硅O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2原生硅表面45%55%O2O2O2O2O2硅氧化制程半导体制程概论chapter5加热工艺41二氧化硅硅O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2硅元素的事实名称硅符号Si原子序14原子量28.0855发现者钟斯、杰可柏、柏塞利尔斯发现地点瑞典发现日期1824名称来源由拉丁字silicis衍生而来，意指火石单晶硅的键长度2.352Å固体密度2.33g/cm3摩尔体积12.06cm3音速2200m/sec硬度6.5电阻系数100,000mW‧cm反射率28%熔点1414。C沸点2900。C热传导系数150Wm-1K-1线性热膨胀系数2.6X10-6K-1蚀刻物(湿式)HNO4,HF,KOH,等.蚀刻物(干式)HBr,Cl2,NF3,等.CVD源材料SiH4,SiH2Cl2,SiHCl3,SiCl4等半导体制程概论chapter5加热工艺42硅元素的事实名称硅符号Si原子序14原子量28.0855发现氧的一些事实名称氧符号O原子序8原子量15.9994发现者约瑟夫‧普瑞斯特莱/卡尔西雷发现地点英格兰/瑞典发现日期1774命名起源从希腊字的“oxy”和“genes”衍生而来代表酸素形成之意摩尔体积17.36cm3音速317.5m/sec折射系数1.000271熔点54.8K=-218.35阵C沸点90.2K=-182.95阵C热传导系数0.02658Wm-1K-1应用热氧化,CVD氧化物反应式溅射及光阻剥除主要来源O2,H2O,N2O,O3半导体制程概论chapter5加热工艺43氧的一些事实名称氧符号O原子序8原子量15.9994发现者约氧化的应用扩散的遮蔽层表面钝化屏蔽氧化层,衬垫氧化层,阻挡用的氧化层绝缘全区氧化层和硅的局部氧化栅极氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺44氧化的应用扩散的遮蔽层半导体制程概论chapter5加热工艺扩散的阻挡硼(B)和磷(P)在二氧化硅的扩散速率比在硅的扩散速率来的低二氧化硅可做为扩散遮蔽硅掺杂物二氧化硅二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺45扩散的阻挡硼(B)和磷(P)在二氧化硅的扩散速率比在硅的扩散表面钝化的应用硅二氧化硅衬垫氧化層 屏蔽氧化层牺牲氧化层 阻挡用的氧化层正常薄氧化层厚度(~150Å)以保护受到污染物或过度的应力.半导体制程概论chapter5加热工艺46表面钝化的应用硅二氧化硅衬垫氧化層 屏蔽氧化层正常光阻光阻硅基片掺杂离子屏蔽氧化层屏蔽氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺47光阻光阻硅基片掺杂离子屏蔽氧化层屏蔽氧化层半导体制程概论chUSG硅衬垫氧化层氮化硅硅衬垫氧化层氮化硅硅USG阻挡氧化层槽沟蚀刻槽沟填充USGCMP;USG退火;氮化硅和衬垫氧化层剥除STI制程中的衬垫氧化层和阻挡氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺48USG硅衬垫氧化层氮化硅硅衬垫氧化层氮化硅硅USG阻挡氧化层衬垫氧化层的应用氮化硅硅基片衬垫氧化层缓冲氮化硅的高应力张力预防应力产生硅的缺陷半导体制程概论chapter5加热工艺49衬垫氧化层的应用氮化硅硅基片衬垫氧化层缓冲氮化硅的高应力张力组件绝缘的应用相邻组件间的电性绝缘全区覆盖式氧化层硅的局部氧化(LOCOS)厚的氧化层厚度,通常是3,000到10,000Å半导体制程概论chapter5加热工艺50组件绝缘的应用相邻组件间的电性绝缘半导体制程概论chapte硅硅硅二氧化硅场区氧化层晶圆清洗场区氧化氧化物蚀刻活化区全面场区覆盖氧化制程半导体制程概论chapter5加热工艺51硅硅硅二氧化硅场区氧化层晶圆清洗场区氧化氧化物蚀刻活化区全面硅的局部氧化制程氮化硅P型基片P型基片氮化硅p+p+p+绝缘掺杂P型基片p+p+p+绝缘掺杂SiO2衬垫氧化层衬垫氧化,氮化硅沉积及图案化LOCOS氧化氮化硅以及衬垫氧化层剥除鸟嘴SiO2半导体制程概论chapter5加热工艺52硅的局部氧化制程氮化硅P型基片P型基片氮化硅p+p+p+绝缘硅的局部氧化和全区覆盖式氧化层比较较好的绝缘效果表面台阶高度较低侧壁坡度较小缺点表面粗糙的拓璞鸟嘴被浅沟槽绝缘取代(STI)半导体制程概论chapter5加热工艺53硅的局部氧化和全区覆盖式氧化层比较缺点被浅沟槽绝缘取代(S牺牲氧化层的应用N型井区P型井区STIUSGN型井区P型井区STIUSGN型井区P型井区STIUSG牺牲氧化层剥除牺牲氧化层栅极氧化层牺牲氧化层栅极氧化层从硅晶表面移除缺陷半导体制程概论chapter5加热工艺54牺牲氧化层的应用N型井区P型井区STIUSGN型井区P型井区组件介电质的应用栅极氧化层:最薄且多大部分是关键层电容介电质多晶硅硅基片n+栅极薄氧化层源极汲极P型硅n+VD>0电子VG半导体制程概论chapter5加热工艺55组件介电质的应用栅极氧化层:最薄且多大部分是关键层多晶硅80年代至今浅沟槽绝缘100-200Å阻挡氧化层氧化层的应用氧化层名称厚度应用应用的时间原生氧化层15-20Å不必要的-屏蔽氧化层~200Å离子注入70年代中期至今遮蔽氧化层~5000Å扩散场区及局部氧化层3000-5000Å绝缘60年代到90年代衬垫氧化层100-200Å氮化硅应力缓冲层60年代至今牺牲氧化层<1000Å缺陷移除70年代至今栅极氧化层30-120Å匣极介电质60年代至今60年代到70年代中期半导体制程概论chapter5加热工艺5680年代至今浅沟槽绝缘100-200Å阻挡氧化层氧化层的不当清洗的硅表面上生成的二氧化硅结构半导体制程概论chapter5加热工艺57不当清洗的硅表面上生成的二氧化硅结构半导体制程概论chapt粒子有机残留物无机残留物原生氧化层氧化前的清洗半导体制程概论chapter5加热工艺58粒子氧化前的清洗半导体制程概论chapter5加热工艺58美国无线电公司(RCA)的清洗1960年RCA公司的克恩和布欧迪南首先发展出来集成电路场最常使用的清洗制程SC-1–在70~80

C将NH4OH:H2O2:H2O按1:1:5到1:2:7的比例混合，移除有机污染物.SC-2-在70~80

C将HCl:H2O2:H2O按1:1:6到1:2:8比例混合，移除无机污染物去离子水冲洗HF溶液或是在轻氟酸蒸气蚀刻机中移除原生氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺59美国无线电公司(RCA)的清洗1960年RCA公司的克恩和布高纯度去离子水或是去离子水清洗后使用H2SO4:H2O2溶液.在去离子水洗涤,旋干且/或烘干(100到125°C)后，以高压净化或浸在加热的浸泡槽中，.氧化前晶圆的清洗

粒子移除半导体制程概论chapter5加热工艺60高纯度去离子水或是去离子水清洗后使用H2SO4:H2O2溶强氧化剂可以移除有机残留的污染物.去离子水清洗后，使用H2SO4:H2O2或NH3OH:H2O2溶液在以去离子水洗涤,旋干且/或烘干(100到125°C)后，以高压净化或浸在加热的浸泡槽中.氧化前晶圆的清洗

有机污染物移除半导体制程概论chapter5加热工艺61强氧化剂可以移除有机残留的污染物.氧化前晶圆的清洗

有机污染HCl:H2O.在去离子水洗涤,旋干且/或烘干(100到125°C)后，浸在加热的浸泡槽中.氧化前晶圆的清洗

无机污染物移除半导体制程概论chapter5加热工艺62HCl:H2O.氧化前晶圆的清洗

无机污染物移除半导体制程概HF:H2O.在以去离子水洗涤,旋干且/或烘干(100到125°C)之后，浸在加热的浸泡槽中或单晶硅蒸气蚀刻.氧化前晶圆的清洗

原生氧化层移除半导体制程概论chapter5加热工艺63HF:H2O.氧化前晶圆的清洗

原生氧化层移除半导体制程概论氧化反应机构Si+O2 SiO2氧气来自于气体硅来自于基片氧分子必须扩散穿过氧化层，才能和底下的硅原子产生化学反应越厚的薄膜成长速率越低半导体制程概论chapter5加热工艺64氧化反应机构Si+O2 SiO2半导体制程概论ch氧化速率区域的说明图氧化层厚度氧化时间线性成长区域BAX=t扩散限制区域X=

Bt半导体制程概论chapter5加热工艺65氧化速率区域的说明图氧化层厚度氧化时间线性成长区域BAX=<100>硅干氧氧化反应24681012141618200.200.40.60.81.01.2氧化时间(小时)氧化层厚度(微米)1200°C1150°C1100°C1050°C1000°C950°C900°C<100>硅干氧氧化反应半导体制程概论chapter5加热工艺66<100>硅干氧氧化反应24681012141618200.湿(蒸氣)氧氧化反应Si+2H2O SiO2+2H2高温状态下，H2O会解离成H和H-OH-O在二氧化硅比在氧扩散较快湿氧氧化反应比干氧氧化反应的成长速率高.半导体制程概论chapter5加热工艺67湿(蒸氣)氧氧化反应Si+2H2O SiO2+2<100>硅湿氧氧化反应24681012141618200.501.01.52.02.53.0氧化时间(小时)氧化层厚度(微米)1150°C1100°C1050°C1000°C950°C900°C<100>硅湿氧氧化反应半导体制程概论chapter5加热工艺68<100>硅湿氧氧化反应2468101214161820影响氧化速率的因素温度化学反应,湿氧氧化或干氧氧化厚度压力晶圆方位(<100>vs.<111>)硅的掺杂物半导体制程概论chapter5加热工艺69影响氧化速率的因素温度半导体制程概论chapter5加热工艺氧化速率

温度氧化速率对温度具高敏感性(指数相关)温度越高，氧化速率越高.温度越高，氧和硅之间的化学反应速率和氧在二氧化硅的扩散速率也都较高.半导体制程概论chapter5加热工艺70氧化速率

温度氧化速率对温度具高敏感性(指数相关)半导体制程氧化速率

晶圆方位<111>表面比<100>的表面有较高的演化速率.表面上有更多的硅原子.半导体制程概论chapter5加热工艺71氧化速率

晶圆方位<111>表面比<100>的表面有较高的湿氧氧化速率12340氧化时间(小时)0.40.81.21.60.20.61.01.41.8氧化层厚度(微米)<111>方位95°C水1200°C1100°C1000°C920°C半导体制程概论chapter5加热工艺72湿氧氧化速率12340氧化时间(小时)0.40.81.21氧化速率

掺杂物浓度缠杂务元素和浓度高度非晶硅掺杂硅有较高的成长速率，较少的致密薄膜，蚀刻也较快.一般高度掺杂区域比低度掺杂区有较高的成长速率.线性阶段(薄氧化层)的氧化速率较快.半导体制程概论chapter5加热工艺73氧化速率

掺杂物浓度缠杂务元素和浓度半导体制程概论chaptN型掺杂物(P,As,Sb)在Si中比在SiO2中有较高的溶解度,当SiO2成长，他们会移动渗入硅中，像铲雪机把雪堆高一样，称为堆积效应.硼倾向被吸到SiO2,造成硼浓度匮乏，称为空乏效应.氧化：掺杂物

N型掺质的堆积效应和P型掺质的空乏效应半导体制程概论chapter5加热工艺74N型掺杂物(P,As,Sb)在Si中比在SiO2中有较高Si-SiO2界面SiO2掺杂物浓度SiSi-SiO2界面SiO2掺杂物浓度SiP型掺杂物的堆积现象N型掺杂物的堆积现象原始的硅表面原始的硅表面原始分布空乏效应和堆积效应半导体制程概论chapter5加热工艺75Si-SiO2界面SiO2掺杂物浓度SiSi-SiO2界面HCl用来减少移动的离子污染物.广泛的使用在匣极氧化层的制程.成长速率可增加1%~5%氧化速率

掺杂氧化(HCl)半导体制程概论chapter5加热工艺76HCl用来减少移动的离子污染物.氧化速率

掺杂氧化(HC氧化膜越厚，氧化速率越慢.氧分子需要更多的时间扩散穿越氧化层和硅基片进行反应.氧化速率

相异的氧化半导体制程概论chapter5加热工艺77氧化膜越厚，氧化速率越慢.氧化速率

相异的氧化半导体制程概氧化前的清洗热成长的二氧化硅是非晶态物质.容易交叉结合而形成结晶构造自然界是以石英和石英砂的型态存在缺陷和粒子会成为结晶化过程中的成核点结晶的SiO2遮蔽能力较差.氧化之前需要清洗硅表面.半导体制程概论chapter5加热工艺78氧化前的清洗热成长的二氧化硅是非晶态物质.半导体制程概论ch氧化制程干氧氧化,薄氧化层匣极氧化层衬垫氧化层,屏幕氧化層,牺牲氧化层等.湿氧氧化,厚氧化层全区氧化层扩散屏蔽氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺79氧化制程干氧氧化,薄氧化层半导体制程概论chapter5加往制程管MFCMFCMFC控制阀调压阀制程氮气吹除净化氮气O2HClMFC干氧氧化系统示意图半导体制程概论chapter5加热工艺80往制程管MFCMFCMFC控制阀调压阀制程氮气吹除净化氮气O干氧氧化干仰是主要的制程气体匣极氧化层用HCl来移除移动的离子高纯度的氮气做为制程吹除净化的气体等级较低的氮气做为闲置吹除净化的气体半导体制程概论chapter5加热工艺81干氧氧化干仰是主要的制程气体半导体制程概论chapter5加匣极氧化层的步骤闲置时通入吹除净化氮气气流闲置时通入制程氮气气流在制程氮气气流下把晶舟推入炉管在制程氮气气流下升高温度在制程氮气气流下稳定温度关闭氮气气流，通入氧化制程用的氧气和氯化氢半导体制程概论chapter5加热工艺82匣极氧化层的步骤闲置时通入吹除净化氮气气流半导体制程概论ch悬浮键引起的界面状态电荷

SiO2Si+++++悬浮键Si-SiO2界面界面状态电荷(正极)半导体制程概论chapter5加热工艺83悬浮键引起的界面状态电荷SiO2Si+++++悬浮键Si-匣极氧化层的步骤(续)关闭氧气开始通入氮气，进行氧化物退火在制程氮气气流下开始降温在制程氮气气流下将晶舟拉出闲置时通入吹除净化氮气气流对下一批晶舟重复上述制程闲置状态下通入吹除净化氮气气流半导体制程概论chapter5加热工艺84匣极氧化层的步骤(续)关闭氧气开始通入氮气，进行氧化物退火半湿氧氧化制程较快,生产量较高较厚的氧化层,LOCOS氧化层干氧氧化有较好的质量制程温度薄膜厚度氧化时间干氧氧化1000°C1000Å~2小时湿氧氧化1000°C1000Å~12分钟半导体制程概论chapter5加热工艺85湿氧氧化制程较快,生产量较高制程温度薄膜厚度氧化时间干氧氧水蒸气源煮沸式气泡式冲洗式氢氧燃烧式半导体制程概论chapter5加热工艺86水蒸气源煮沸式半导体制程概论chapter5加热工艺86MFC制程炉管水加热器加热的气体管路加热的前段管路排气蒸气气泡煮沸式系统半导体制程概论chapter5加热工艺87MFC制程炉管水加热器加热的气体管路加热的前段管路排气蒸气气加热器MFC制程炉管排气氮气氮气气泡加热的气体管路N2+H2O水气泡式系统半导体制程概论chapter5加热工艺88加热器MFC制程炉管排气氮气氮气气泡加热的气体管路N2+MFC制程炉管水N2热平板加热器冲洗式系统半导体制程概论chapter5加热工艺89MFC制程炉管水N2热平板加热器冲洗式系统半导体制程概论chH2O2热偶计到排气端氢气燃烧,2H2+O2

2H2O制程炉管晶舟承载架氢氧燃烧蒸气系统半导体制程概论chapter5加热工艺90H2O2热偶计到排气端氢气燃烧,2H2+O2氢氧燃烧蒸气系统优点全气体系统可以准确的控制气流的流量缺点必须使用易燃且易爆的氢气典型的H2:O2比例介于1.8:1到1.9:1.半导体制程概论chapter5加热工艺91氢氧燃烧蒸气系统优点半导体制程概论chapter5加热工艺9燃烧蒸气湿氧氧化系统MFCMFCMFC控制阀调压器制程氮气吹除净化氮气O2H2MFC洗涤室排气制程炉管晶圆燃烧室半导体制程概论chapter5加热工艺92燃烧蒸气湿氧氧化系统MFCMFCMFC控制阀调压器制程氮气吹湿氧氧化制程步骤闲置时通入吹除净化氮气气流闲置时通入制程氮气气流通入制程氮气气流以及大量的氧气通入制程氮气气流和氧气：把晶舟推入炉管通入制程氮气气流和氧气：开始升高温度通入制程氮气气流和氧气：稳定炉管温度注入大量氧气并关掉氮气气流稳定氧气气流半导体制程概论chapter5加热工艺93湿氧氧化制程步骤闲置时通入吹除净化氮气气流半导体制程概论ch湿氧氧化制程步骤打开氢气流并将之点燃；稳定氢气气流利用氧气和氢气气流进行蒸气氧化反应关闭氢气，氧气气流继续通入关闭氧气，开始通入制程氮气气流在制程氮气气流下开始降温在制程氮气气流下将晶舟拉出闲置时通入制程氮气气流对下一批晶舟重复上述制程闲置时通入吹除净化氮气气流半导体制程概论chapter5加热工艺94湿氧氧化制程步骤打开氢气流并将之点燃；稳定氢气气流半导体制程次微米深度组件的匣极氧化层非常薄的氧化薄膜,<30Å在高温时有较佳的温度控制,晶圆内以及晶圆对晶圆的均匀性.为达到组件的需求使用快速加热氧化制程.快速加热氧化半导体制程概论chapter5加热工艺95次微米深度组件的匣极氧化层快速加热氧化半导体制程概论chap时间升温1及升温2降温RTA装载晶圆卸除晶圆RTOO2流量N2流量HCl流量温度快速加热氧化(RTO)制程示意图半导体制程概论chapter5加热工艺96时间升温1及升温2降温RTA装载晶圆卸除晶圆RTOO2高压氧化较快的成长速率降低氧化的温度:1大气压.=–30°C较高的介电质强度半导体制程概论chapter5加热工艺97高压氧化较快的成长速率半导体制程概论chapter5加热工艺高压氧化系统示意图高压惰性气体高压氧化物气体不锈钢套管石英制程反应室半导体制程概论chapter5加热工艺98高压氧化系统示意图高压惰性气体高压氧化物气体不锈钢套管石英制高压氧化温度压力时间1大气压5小时1000。C5大气压1小时25大气压12分钟成长10,000Å厚的湿氧氧化层的氧化时间半导体制程概论chapter5加热工艺99高压氧化温度压力时间1大气压5小时1000。C5大气压1高压氧化时间压力温度1大气压1000。C5小时10大气压700在五小时内成長10,000Å厚的湿氧氧化层的氧化温度。C半导体制程概论chapter5加热工艺100高压氧化时间压力温度1大气压1000。C5小时10大气压高压氧化复杂系统安全争点先进半导体生产工厂并不爱用高压氧化技术半导体制程概论chapter5加热工艺101高压氧化复杂系统半导体制程概论chapter5加热工艺101测量氧化层厚度均匀性色彩对照表椭圆光谱仪反射光谱仪匣极氧化层崩溃电压C-V曲线特征半导体制程概论chapter5加热工艺102测量氧化层厚度匣极氧化层半导体制程概论chapter5加热工线性偏极入射光椭圆偏极反射光

n1,k1,t1

n2,k2sp椭圆光谱仪系统半导体制程概论chapter5加热工艺103线性偏极入射光椭圆偏极反射光n1,k1,t1n2,k2t21基片介电质薄膜,n(l)入射光人眼或光传感器反射光及相差(反射光谱仪)半导体制程概论chapter5加热工艺104t21基片介电质薄膜,n(l)入射光人眼或光传感器反射光及C-V测试结构电容计铝金属平台硅氧化层大电阻加热器加热器半导体制程概论chapter5加热工艺105C-V测试结构电容计铝金属平台硅氧化层大电阻加热器加热器半导氧化层概要硅的氧化反应高稳定度及相对容易应用绝缘,遮蔽,衬垫,阻擋,匣极氧化层和其他等.湿式氧化过程和干式氧化过程先进的IC芯片多使用干式氧化过程在超薄匣极氧化层使用快速加热氧化和退火制程半导体制程概论chapter5加热工艺106氧化层概要硅的氧化反应半导体制程概论chapter5加热工艺扩散半导体制程概论chapter5加热工艺107扩散半导体制程概论chapter5加热工艺107扩散扩散是常见的物理现象物质散布方向是从高浓度到低浓度二氧化硅做为扩散的遮蔽层在半导体制程的掺杂中广泛的使用“扩散炉”和“扩散区间”半导体制程概论chapter5加热工艺108扩散扩散是常见的物理现象半导体制程概论chapter5加热工扩散掺杂制程说明掺杂物硅半导体制程概论chapter5加热工艺109扩散掺杂制程说明掺杂物硅半导体制程概论chapter5加热工扩散掺杂制程说明掺杂物硅接面深度半导体制程概论chapter5加热工艺110扩散掺杂制程说明掺杂物硅接面深度半导体制程概论chapter接面深度的定义掺杂物的背景浓度接面深度,xj到晶圆表面的距离掺杂物浓度半导体制程概论chapter5加热工艺111接面深度的定义掺杂物的背景浓度接面深度,xj到晶圆表面的距离扩散N型硅遮蔽氧化层N型硅p+p+遮蔽氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺112扩散N型硅遮蔽氧化层N型硅p+p+遮蔽氧化层半导体制程概论c扩散基于较少制程控制的因素，被离子布植制程取代仍被使用在形成井(well)的制程半导体制程概论chapter5加热工艺113扩散基于较少制程控制的因素，被离子布植制程取代半导体制程概论热积存高温下掺杂物的原子扩散较快D=D0exp(–EA/kT)较小的图形尺寸,较少的空间提供掺杂物热扩散，较少的热积存热积存在驱入阶段决定离子布植后热制程的温度和时间半导体制程概论chapter5加热工艺114热积存高温下掺杂物的原子扩散较快半导体制程概论chapterS/D布植过量的热积存匣极热积存的说明半导体制程概论chapter5加热工艺115S/D布植过量的热积存匣极热积存的说明半导体制程概论chap1mm1101001000104/T(K)78910100011009008002mm0.5mm0.25mm热积存(sec)T(

C)数据源:ChangandSze,ULSITechnology热积存半导体制程概论chapter5加热工艺1161mm1101001000104/T(K)78910100扩散掺杂制程掺杂物浓度与接面深度两者与温度相关没有方法可以单独控制两个因素掺杂物等向扩散的剖面1970年代中期被离子布植制程取代半导体制程概论chapter5加热工艺117扩散掺杂制程掺杂物浓度与接面深度两者与温度相关半导体制程概论扩散掺杂制程二氧化硅做为不易通过的遮蔽沉积掺杂物氧化层覆盖层氧化反应预防掺杂物扩散到气态驱入半导体制程概论chapter5加热工艺118扩散掺杂制程二氧化硅做为不易通过的遮蔽半导体制程概论chap扩散掺杂制程氧化,微影制程技术和氧化蚀刻预积:B2H6+2O2

B2O3+3H2O覆盖层氧化反应:2B2O3+3Si

3SiO2+4B2H2O+Si

SiO2+2H2驱入硼扩散到硅基片半导体制程概论chapter5加热工艺119扩散掺杂制程氧化,微影制程技术和氧化蚀刻半导体制程概论扩散掺杂制程氧化,微影制程技术和氧化蚀刻沉积扩散物氧化:4POCl3+3O2

2P2O5+3Cl2覆盖氧化反应2P2O5+5Si5SiO2+4P磷集中在硅表面驱入磷扩散的硅基片半导体制程概论chapter5加热工艺120扩散掺杂制程氧化,微影制程技术和氧化蚀刻半导体制程概论MFCMFCMFC控制阀调压器制程氮气吹除净化氮气O2POCl3MFC洗涤室排气制程炉管晶圆燃烧室磷扩散系统半导体制程概论chapter5加热工艺121MFCMFCMFC控制阀调压器制程氮气吹除净化氮气O2POC硅基片晶圆清洗半导体制程概论chapter5加热工艺122硅基片晶圆清洗半导体制程概论chapter5加热工艺122硅基片氧化二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺123硅基片氧化二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺12硅基片二氧化硅光阻掺杂分区图形半导体制程概论chapter5加热工艺124硅基片二氧化硅光阻掺杂分区图形半导体制程概论chapter5硅基片二氧化硅光阻二氧化硅蚀刻半导体制程概论chapter5加热工艺125硅基片二氧化硅光阻二氧化硅蚀刻半导体制程概论chapter5硅基片光阻剥除二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺126硅基片光阻剥除二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺硅基片晶圆清洗二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺127硅基片晶圆清洗二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺硅基片掺杂物氧化沉积二氧化硅掺杂氧化物半导体制程概论chapter5加热工艺128硅基片掺杂物氧化沉积二氧化硅掺杂氧化物半导体制程概论chap硅基片覆盖氧化反应二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺129硅基片覆盖氧化反应二氧化硅半导体制程概论chapter5加热五氧化二磷氧化沉积和覆盖氧化反应N2流量POCl3流量O2流量推拉温度升高温度稳定.掺杂沉积覆盖氧化反应温度下降晶圆位置温度释入氮气半导体制程概论chapter5加热工艺130五氧化二磷氧化沉积和覆盖氧化反应N2流量POCl3流量O驱入硅基片二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺131驱入硅基片二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺13硅基片剥除氧化层,准备下一步二氧化硅半导体制程概论chapter5加热工艺132硅基片剥除氧化层,准备下一步二氧化硅半导体制程概论chap非晶硅驱入温度氮流量氧流量推温度升高温度稳定.驱入晶圆位置拉温度下降稳定半导体制程概论chapter5加热工艺133非晶硅驱入温度氮流量氧流量推温度升高温度稳定.驱入晶圆位置拉限制与应用扩散是等向性的制程，而且吸附在遮蔽氧化层的底层无法单独控制接面深度和掺杂物的浓度用来做为井区布植驱入为了超浅接面(ultrashallowjunction,USJ)的形成进行研发半导体制程概论chapter5加热工艺134限制与应用扩散是等向性的制程，而且吸附在遮蔽氧化层的底层半导扩散的应用:驱入井区有最深的接面深度需要非常高的离子布植能量百万电子伏特的离子布植成本非常的高当退火时，扩散可以帮助驱使掺杂物到想要的接面深度半导体制程概论chapter5加热工艺135扩散的应用:驱入井区有最深的接面深度半导体制程概论chapP型外延光阻N型井区P+P型外延N型井区井区布植和驱入半导体制程概论chapter5加热工艺136P型外延光阻N型井区P+P型外延N型井区井区布植和驱入半导体利用硼的扩散在超浅接面形成的制程小组件需要超浅接面硼本身具有小和轻的特质，可以具有高布植能以达到深度的要求在研发浅接面形成时，应用可控制的热扩散制程半导体制程概论chapter5加热工艺137利用硼的扩散在超浅接面形成的制程小组件需要超浅接面半导体制程表面清洗硅基片浅沟槽绝缘浅沟槽绝缘金属硅化合物侧壁空间层侧壁空间层半导体制程概论chapter5加热工艺138表面清洗硅基片浅沟槽绝缘浅沟槽绝缘金属硅化合物侧壁空间层侧壁硼硅玻璃化学气相沉积法硅基片浅沟槽绝缘浅沟槽绝缘硼硅玻璃金属硅化合物侧壁空间层侧壁空间层半导体制程概论chapter5加热工艺139硼硅玻璃化学气相沉积法硅基片浅沟槽绝缘浅沟槽绝缘硼硅玻璃金属快速加热步骤掺杂物驱入硅基片浅沟槽绝缘硼硅玻璃浅沟槽绝缘金属硅化合物多晶硅匣极氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺140快速加热步骤掺杂物驱入硅基片浅沟槽绝缘硼硅玻璃浅沟槽绝缘金属剥除硼硅玻璃硅基片浅沟槽绝缘浅沟槽绝缘金属硅化合物多晶硅匣极氧化层半导体制程概论chapter5加热工艺141剥除硼硅玻璃硅基片浅沟槽绝缘浅沟槽绝缘金属硅化合物多晶硅匣极掺杂的量测四点探针Rs=r/t

半导体制程概论chapter5加热工艺142掺杂的量测四点探针Rs=r/t半导体制程概论chapt四点探针测量S1S2S3P1P2P3P4VI基片掺杂区域半导体制程概论chapter5加热工艺143四点探针测量S1S2S3P1P2P3P4VI基片掺杂区域半导扩散的概要扩散的物理机制容易理解在早期IC制造的制程，扩散广泛使用在掺杂制程1970年代中期之后被离子布植技术取代半导体制程概论chapter5加热工艺144扩散的概要扩散的物理机制容易理解半导体制程概论chapter退火和快速加热制程半导体制程概论chapter5加热工艺145退火和快速加热制程半导体制程概论chapter5加热工艺14布植后退火能量较高的离子会损伤晶格结构非晶硅有较高的电阻系数需要额外的能量(如：热)来帮助原子回复晶格结构仅仅单晶结构的掺杂物可以被活化半导体制程概论chapter5加热工艺146布植后退火能量较高的离子会损伤晶格结构半导体制程概论chap布植后退火单晶结构有最低的位能原子倾向于停留在晶格位置热能提供原子作快速热运动所需要的能量原子寻找并停留在位能最低的单晶晶格位置温度越高,退火越快半导体制程概论chapter5加热工艺147布植后退火单晶结构有最低的位能半导体制程概论chapter5晶格原子离子布值之前半导体制程概论chapter5加热工艺148晶格原子离子布值之前半导体制程概论chapter5加热工艺1掺杂原子晶格原子离子布值之后半导体制程概论chapter5加热工艺149掺杂原子晶格原子离子布值之后半导体制程概论chapter5加掺杂原子晶格原子晶体缺陷半导体制程概论chapter5加热工艺150掺杂原子晶格原子晶体缺陷半导体制程概论chapter5加热工晶格原子掺杂原子退火制程半导体制程概论chapter5加热工艺151晶格原子掺杂原子退火制程半导体制程概论chapter5加热工合金热处理帮助不同原子彼此结合成化学键形成金属合金的加热制程.广泛的用在金属硅化物的形成自我对准金属硅化物(salicide)钛金属硅化合物,TiSi2钴金属硅化物,CoSi2高温炉和快速加热制程半导体制程概论chapter5加热工艺152合金热处理帮助不同原子彼此结合成化学键形成金属合金的加热制程金属硅化物较多晶硅的电阻低做为匣极材料和金氧半晶体管的区域内部联机做为电容电极增进组件的速度和减少热的产生TiSi2,WSi2是最常被使用的金属硅化物CoSi2,MoSi2等亦被使用半导体制程概论chapter5加热工艺153金属硅化物较多晶硅的电阻低半导体制程概论chapter5加热钛金属硅化物制程氩气溅镀清洗钛物理气相沉积快速加热制程退火,~700°C钛剥除,H2O2:H2SO2半导体制程概论chapter5加热工艺154钛金属硅化物制程氩气溅镀清洗半导体制程概论chapter5加钛金属硅化物制程钛n+n+STIp+p+USG多晶硅n+n+USGUSGSTI钛金属硅化物n+n+USGp+p+USGSTI钛金属硅化物侧壁空间层Ti沉积退火Ti剥除p+p+半导体制程概论chapter5加热工艺155钛金属硅化物制程钛n+n+STIp+p+USG多晶硅n+n+铝硅合金在硅的表面生成防止硅铝交互扩散造成尖凸现象(junctionspiking)半导体制程概论chapter5加热工艺156铝硅合金在硅的表面生成半导体制程概论chapter5加热工艺p+p+接面尖凸现象N型硅AlAlAlSiO2半导体制程概论chapter5加热工艺157p+p+接面尖凸现象N型硅AlAlAlSiO2半导体制程概论再流动流动的表面圆滑平坦使微影技术和金属化制程更容易温度越高，流动结果越好热积存决定再流动的温度和时间较高的掺杂物浓度需要较低的流动温度半导体制程概论chapter5加热工艺158再流动流动的表面圆滑平坦半导体制程概论chapter5加热工PSG再流动制程说明P型基片p+p+N型井区SiO2n+n+p+p+LOCOSPSGP型基片p+p+N-型井区SiO2n+n+p+p+LOCOSPSGAs沉积再流动后半导体制程概论chapter5加热工艺159PSG再流动制程说明P型基片p+p+N型井区SiO2n+n+再流动未掺杂硅玻璃(USG)在非常高温(T>1500°C)开始变软，由于表面张力作用流动PSG和BPSG在明显较低的温度(<1100°C降到850°C)变软磷也可以捕获钠PSG和BPSG通常使用在金属沉积前的介电质层(PMD)半导体制程概论chapter5加热工艺160再流动未掺杂硅玻璃(USG)在非常高温(T>1500再流动制程晶圆装载温度上升温度稳定再流动温度下降晶圆卸除半导体制程概论chapter5加热工艺161再流动制程晶圆装载半导体制程概论chapter5加热工艺16再流动制程再流动制程通常使用氮气做为周围的气体有时候水蒸气也被拿来使用水蒸气分子容易和掺杂物原子发生氧化反应半导体制程概论chapter5加热工艺162再流动制程再流动制程通常使用氮气做为周围的气体半导体制程概论再流动制程越小的组件,较少的热积存0.25mm以下的组件，没有足够的热积存做为再流动圆滑使用PSG退火(~750°C)取代再流动半导体制程概论chapter5加热工艺163再流动制程越小的组件,较少的热积存半导体制程概论chapt退火概要最常使用的退火制程是离子布植后退火、合金退火和再流动在离子布植制程后需要热退火恢复晶格的结构和活化掺杂物原子热退火协助金属和硅反应形成金属硅化物半导体制程概论chapter5加热工艺164退火概要最常使用的退火制程是离子布植后退火、合金退火和再流动退火概要金属退火可帮助形成较大的晶粒和减少电阻性PSG或BPSG再流动将介电质表面圆滑平坦化，帮助微影技术制程和金属化制程快速加热制程已成为退火制程成用的技术半导体制程概论chapter5加热工艺165退火概要金属退火可帮助形成较大的晶粒和减少电阻性半导体制程概退火概要快速加热制程的优点较快的升温速率(75~150°C/sec)较高的温度(上升到1200°C)较快的制程掺杂物扩散最小化对热积存有较好的控制晶圆对晶圆均匀性较好的控制半导体制程概论chapter5加热工艺166退火概要快速加热制程的优点半导体制程概论chapter5加热高温沉积制程半导体制程概论chapter5加热工艺167高温沉积制程半导体制程概论chapter5加热工艺167什么是化学气相沉积化学气相沉积气体或蒸气在基板表面产生化学反应并在表面形成固态副产品做为沉积的薄膜其他的副产品是会离开表面的气体.广泛使用在IC制程中的金属、介电质和硅的薄膜沉积.半导体制程概论chapter5加热工艺168什么是化学气相沉积化学气相沉积半导体制程概论chapter5高温化学气相沉积外延多晶硅氮化硅半导体制程概论chapter5加热工艺169高温化学气相沉积外延半导体制程概论chapter5加热工艺1外延单晶硅层外延硅外延硅—锗外延砷化镓半导体制程概论chapter5加热工艺170外延单晶硅层半导体制程概论chapter5加热工艺170外延硅提供高质量的硅基片，不含氧跟碳双载子组件需要使用高速的金氧半晶体管(CMOS)组件半导体制程概论chapter5加热工艺171外延硅提供高质量的硅基片，不含氧跟碳半导体制程概论chapt外延硅高温(~1000°C)制程.硅烷(SiH4),二氯硅烷(DCS,SiH2Cl2)或三氯硅烷(TCS,SiHCl3)做为硅的来源气体氢气做为制程气体和清洗气体三氢化砷(AsH3),三氢化磷(PH3),和氢化硼(B2H6)做为掺杂气体半导体制程概论chapter5加热工艺172外延硅高温(~1000°C)制程.半导体制程概论chapte外延硅沉积硅烷制程 加热(1000

C)SiH4

Si+H2硅烷 外延矽 氢气二氯硅烷制程 加热(1150

C) SiH2Cl2

Si+2HCl 二氯硅烷 外延矽 氯化氢半导体制程概论chapter5加热工艺173外延硅沉积硅烷制程 半导体制程概论chapter5加热工艺1外延硅掺杂N-型掺杂物

加热(1000

C)AsH3

As+3/2H2三氢化砷 砷氢 加热(1000

C)PH3

P+3/2H2三氢化磷 磷氢半导体制程概论chapter5加热工艺174外延硅掺杂N-型掺杂物半导体制程概论chapter5加热工艺外延硅掺杂P-型掺杂 加热(1000

C)B2H6

2B+3H2氢化硼硼氢半导体制程概论chapter5加热工艺175外延硅掺杂P-型掺杂 半导体制程概论chapter5加热工艺外延硅经常是在晶圆制造时沉积(“生长”)而不是IC生产工厂生产工厂的外延制程:例如有掺杂物的浓度和外延厚度的特殊需求选择性外延：升高源/汲极单晶圆外延制程半导体制程概论chapter5加热工艺176外延硅经常是在晶圆制造时沉积(“生长”)而不是IC生产工厂多晶硅高温稳定性合乎常理有较佳的传导性用来做为匣极材料和金氧半晶体管的区域内部联机同时也被广泛的用来做为DRAM芯片的电容器电极半导体制程概论chapter5加热工艺177多晶硅高温稳定性半导体制程概论chapter5加热工艺177多晶硅在DRAM上的应用多晶硅5多晶硅4多晶硅2多晶硅3多晶硅1TiSi2Ta2O5或BSTP型硅n+n+n+侧壁空间层半导体制程概论chapter5加热工艺178多晶硅在DRAM上的应用多晶硅5多晶硅4多晶硅2多晶硅多晶硅高温炉(~700°C)低压化学气相沉积(LPCVD)制程硅烷(SiH4)或二氯硅烷(DCS,SiH2Cl2)做为硅源气体.氮气做为清洗气体三氢化砷(AsH3),三氢化磷(PH3),和氢化硼(B2H6)用来做为掺杂物气体半导体制程概论chapter5加热工艺179多晶硅高温炉(~700°C)低压化学气相沉积(LPCVD)多晶硅沉积硅烷制程 加热(750

C)SiH4

Si+H2硅烷多晶硅氢DCSprocess 加熱(750

C) SiH2Cl2

Si+2HCl 二氯硅烷多晶硅氢半导体制程概论chapter5加热工艺180多晶硅沉积硅烷制程 半导体制程概论chapter5加热工艺1多晶硅掺杂N-型掺杂 加热(750

C)AsH3

As+3/2H2三氢化砷砷氢加热(750

C)PH3

P+3/2H2三氢化磷磷氢半导体制程概论chapter5加热工艺181多晶硅掺杂N-型掺杂 半导体制程概论chapter5加热工艺多晶硅掺杂P-型掺杂 加热(750

C)B2H6

2B+3H2氢化硼硼氢半导体制程概论chapter5加热工艺182多晶硅掺杂P-型掺杂 半导体制程概论chapter5加热工艺硅烷制程与温度的关系单晶硅基板硅烷做为来源气体T>900°C沉积单晶硅900°C>T>550°C沉积多晶硅T<550°C沉积非晶硅半导体制程概论chapter5加热工艺183硅烷制程与温度的关系单晶硅基板半导体制程概论chapter5硅烷制程的温度与晶体结构T<550°C非晶硅T>900°C单晶硅550°C<T<900°C多晶硅晶粒晶界半导体制程概论chapter5加热工艺184硅烷制程的温度与晶体结构T<550°CT>900°C5多晶硅低压化学气相沉积系统MFCMFC控制阀调压器制程氮气吹除净化氮气SiH4MFC洗涤室排气制程管晶圆燃烧室半导体制程概论chapter5加热工艺185多晶硅低压化学气相沉积系统MFCMFC控制阀调压器制程氮气吹多晶硅沉积制程系统闲置时注入吹除净化氮气气流系统闲置时注入制程氮气气流注入制程氮气气流，载入晶圆注入制程氮气气流时降下制程炉管(钟型玻璃罩)观掉氮气气流，抽真空使反应室气压降至基本气压(<2毫托)注入氮气气流，稳定晶圆温度并检查漏气观掉氮气气流，抽真空回到基本气压(<2毫托)注入氮气气流：设定制程气壓(~250毫托)开启SiH4气流并关掉氮气，开始沉积关掉硅烷气流并打开匣极活门，抽真空回到基本气压关闭匣极活门，注入氮气并将气压提高到一大气压力注入氮气气流以降低晶圆温度，升起钟型玻璃罩注入制程氮气气流，卸除晶圆系统闲置时注入吹除净化氮气气流半导体制程概论chapter5加热工艺186多晶硅沉积制程系统闲置时注入吹除净化氮气气流注入氮气气流：设多晶硅沉积制程反应室温度晶圆温度氮气流硅烷流反应室压力装载晶圆卸除晶圆升高塔架抽真空温度稳定抽真空压力稳定沉积Si3N4抽真空释入氮气降低塔架晶圆塔架位置半导体制程概论chapter5加热工艺187多晶硅沉积制程反应室温度晶圆温度氮气流硅烷流反应室压力装载晶多晶硅沉积系统晶圆装载站多晶硅沉积反应室晶圆传输机械臂WSix沉积反应室Wsix沉积反应室冷却室半导体制程概论chapter5加热工艺188多晶硅沉积系统晶圆装载站多晶硅沉积反应室晶圆传输机械臂WSi多晶硅沉积系统晶圆装载站多晶硅沉积反应室晶圆传输机械臂WSix沉积反应室冷却室RTA反应室半导体制程概论chapter5加热工艺189多晶硅沉积系统晶圆装载站多晶硅沉积反应室晶圆传输机械臂WSi氮化硅致密的材料广泛的作为扩散阻挡层和钝化保护介电质层低压化学气相沉积法(LPCVD)【前段】和电浆增强型化学气相沉积法(PECVD)【后段】LPCVD氮化硅制程经常使用一个带有真空系统的高温炉半导体制程概论chapter5加热工艺190氮化硅致密的材料半导体制程概论chapter5加热工艺190氮化硅的应用硅的局部氧化形成制程做为阻挡氧气扩散的遮蔽氧化层在浅沟槽绝缘形成的制程，被当作化学机械研磨的停止层金属沉积前的介电质层做为掺杂物的扩散阻挡层蚀刻停止层半导体制程概论chapter5加热工艺191氮化硅的应用硅的局部氧化形成制程做为阻挡氧气扩散的遮蔽氧化层硅的局部氧化(LOCOS)制程氮化硅P型基板P型基板氮化硅p+p+p+隔绝掺杂P型基板p+p+p+绝缘掺杂SiO2衬垫氧化层衬垫氧化,氮化硅沉积和图案化LOCOS氧化氮化硅和衬垫氧化层剥除鸟嘴SiO2半导体制程概论chapter5加热工艺192硅的局部氧化(LOCOS)制程氮化硅P型基板P型基板氮化硅p浅沟槽绝缘制程硅衬垫氧化层氮化硅衬垫氧化层和LPCVD氮化硅硅衬垫氧化层氮化硅蚀刻氮化硅和衬垫氧化层光阻光阻硅衬垫氧化层氮化硅剥除光阻半导体制程概论chapter5加热工艺193浅沟槽绝缘制程硅衬垫氧化层氮化硅衬垫氧化层和LPCVD氮化硅浅沟槽绝缘制程的衬垫氧化层与阻挡氧化层硅衬垫氧化层氮化硅硅衬垫氧化层氮化硅硅未掺杂硅玻璃未掺杂硅玻璃阻挡氧化层沟槽蚀刻沟槽填充未掺杂硅玻璃化学气相沉积法;氮化硅,衬垫氧化层剥除半导体制程概论chapter5加热工艺194浅沟槽绝缘制程的衬垫氧化层与阻挡氧化层硅衬垫氧化层氮化硅硅衬自我对准接触窗蚀刻停止层TiSi2P型硅侧壁空间层n+n+n+BPSGBPSG光阻光阻氧化层氮化硅多晶硅匣极半导体制程概论chapter5加热工艺195自我对准接触窗蚀刻停止层TiSi2P型硅侧壁空间层n+n+n氮化硅的快捷方式n+n+BPSGBPSG光阻光阻TiSi2n+P型硅氧化层侧壁空间层多晶硅匣极氮化硅半导体制程概论chapter5加热工艺196氮化硅的快捷方式n+n+BPSGBPSG光阻光阻TiSi2n光阻剥除n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化层侧壁空间层多晶硅匣极氮化硅半导体制程概论chapter5加热工艺197光阻剥除n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化层侧Ti/TiN沉积和钨n+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化层侧壁空间层多晶硅匣极钨Ti/TiN氮化硅半导体制程概论chapter5加热工艺198Ti/TiN沉积和钨n+n+BPSGBPSGTiSi2n化学机械研磨钨和TiN/Tin+n+BPSGBPSGTiSi2n+P型硅氧化层侧壁空间层多晶硅匣极钨氮化硅半导体制程概论chapter5加热工艺199化学机械研磨钨和TiN/Tin+n+BPSGBPSGTi氮化硅的应用N型井区P型井区n+STIp+p+USGPSGPSGWFSGn+M1CuFSGFSGM2CuFSGPD氮化硅作IMD密封层的氮化硅作PMD阻挡层的氮化硅WPD氮化硅作IMD蚀刻停止层的氮化硅侧壁空间层半导体制程概论chapter5加热工艺200氮化硅的应用N型井区P型井区n+STIp+p+USGPSGP氮化硅沉积硅烷或二氯硅烷作为硅的来源气体氨(NH3)做为氮的来源气体氮气做为净化的气体3SiH2Cl2+4NH3

Si3N4+6HCl+6H2或3SiH4+4NH3

Si3N4+12H2半导体制程概论chapter5加热工艺201氮化硅沉积硅烷或二氯硅烷作为硅的来源气体半导体制程概论cha氮化硅的LPCVD系统示意图加热