半导体制程概论chapter加热工艺.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 退火速率和扩散速率 温度 退火速率 扩散速率 * 退火后掺杂物扩散 高温炉 退火 快速加热退火 匣极 * RTP比高温炉的优势 升温速率较快(75 到 150 °C/sec) 温度较高 (可到 1200 °C) 制程较快 掺杂物扩散最小化 较佳的热积存控制能力 较佳的晶圆对晶圆的均匀性 * RTP制程温度的改变 时间 温度 升温 降温 退火 装载晶圆 卸除晶圆 N2 流动 * 热氮化反应 氮化钛物理气相沉积(PVD) 用氨气进行热氮化 NH3 + Ti? TiN + 3/2 H2 * 氮化钛制程 二氧化硅 二氧化硅 钛 钛 氮化钛 * 快速加热氧化制程 超薄的匣极氧化层 30? 较佳的晶圆对晶圆的均匀性 较佳的热积存控制能力 * RTP /RTO制程示意图 时间 升温1及升温2 降温 RTA 装载晶圆 卸除晶圆 RTO O2 流量 N2流量 HCl流量 温度 * 未来的趋势 快速加热制程 (RTP) 临场制程监测 群集工具 高温炉制程将继续使用在非关键性的加热制程 * RTCVD反应室 加热灯管 晶圆 石英窗 反应物 反应物及副产品 IR高温计 晶圆冷却反应室壁 灯座 * RTP温度和高温炉 温度 时间 高温炉 RTP 室温. * 群集工具示意图 转换室 RTCVDa-Si反应室 装载站 HF蒸气蚀刻反应室 RTO/RTP 反应室 冷却反应室 卸除站 * 快速加热制程的概要 快速 较佳的制程控制 热预算 晶圆对晶圆的均匀性 掺杂物扩散最小化 群集工具, 容易将制程整合 * 加热制程概要 氧化, 扩散,退火, 和沉积 湿氧化成长速率较高，干氧化氧化层薄膜的质量较好，先进的工厂主要采用干氧化 IC工业的掺杂制程中，利用二氧化硅做为扩散遮蔽层 LPCVD多晶硅和前段的氮化硅沉积 退火处理使晶圆恢复单晶结构和活化掺杂物 RTP:较佳的热控制能力，快速又能减少掺杂物的扩散 高温爐:高产量和低成本，未来IC生产工产会继续使用进行较不重要的加热制程 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 多晶硅掺杂 P-型掺杂 加热 (750?C) B2H6 ? 2 B + 3 H2 氢化硼 硼 氢 * 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 * 硅烷制程的温度与晶体结构 T550 °C 非晶硅 T 900°C 单晶硅 550°C T 900 °C 多晶硅 晶粒 晶界 * 多晶硅低压化学气相沉积系统 MFC MFC 控制阀 调压器 制程氮气 吹除净化氮气 SiH 4 MFC 洗涤室 排气 制程管 晶圆 燃烧室 * 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 * 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 * 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 * 多晶硅沉积系统 晶圆装载站 多晶硅