2硅片制备与高温工艺.ppt

* 扩散的基本概念 常见的物理现象，物质从高浓度区向低浓度区移动 扩散：最常用的半导体掺杂技术之一 扩散掩膜：二氧化硅 设备：扩散炉 * 扩散掺杂举例 * 扩散形成PN结 * 结深的定义 背景载流子浓度 杂质浓度 结深 * 扩散掺杂过程 硬掩膜：氧化硅 淀积杂质氧化物 B2H6 + 2 O2 ＝ B2O3 + 3 H2O 4POCl3 + 3O2 = 2P2O5 + 3Cl2 帽层氧化 – 防止杂质向气相中扩散 2 B2O3 + 3 Si = 3 SiO2 + 4 B 2 H2O + Si = SiO2 + 2 H2 2P2O5 + 5Si = 5SiO2 + 4P 杂质推进: B或P 向硅衬底扩散 * 磷扩散系统 * 1）硅片清洗 2）表面氧化 3）掺杂区图形制作 4）刻蚀氧化硅 5）去除光刻胶 6）清洗 扩散掺杂工艺示意 * 7）掺杂氧化物淀积 --预淀积 扩散掺杂工艺示意 8）帽层氧化 9）杂质推--再分布 10）去除氧化物, 进入下一步工艺 * 应用与局限性 扩散是各向同性的，掩膜下方也会有杂质横向扩散 不能独立控制结深和掺杂浓度 主要用在阱注入后的推进工艺 横向扩散 * 阱注入与推进 * 2.3.4 Annealing 退火 RTP（Rapid Thermal Processing） * 注入后退火 高能离子损伤晶体结构 非晶硅有很高的电阻率 需要外部能量如热使其恢复单晶结构 只有在单晶结构中杂质才能被激活 * 注入后退火 单晶结构势能最低 原子倾向于停留在格点上 热提供原子快速运动的能量 原子将找到并落入格点，此处有最低势能 更高温度, 更快退火 * 离子注入前 * 离子注入后 * 热退火后 * RTP（快速热退火）优点 – 快速升温 (75 to 150 °C/sec) – 更高温度 (up to 1200 °C) – 过程快速 – 使杂质扩散最小化 – 热预算的更好控制（节约能源） – 更好的圆片间均匀性控制 * 合金退火 高温下不同原子化学反应形成金属合金 广泛用于硅化物制作 * 硅化物 比多晶硅电阻率低得多 用于栅互连和局部互连 用于电容电极 提高器件速度和减小发热 常见硅化物：TiSi2, WSi2 CoSi2, MoSi2 * 硅化钛工艺 Ar离子溅射清洗 钛（ Ti ） PVD RTP退火 , ~700 °C 去除Ti，H2O2:H2SO2 * 硅化钛工艺 * 退火小结 ? RTP（快速热退火）的优点 ?硅化物的应用与优点 ?硅化钛工艺 三氯氢硅的沸点为31.5℃ ，与绝大多数杂质的氯化物挥发温度相差较大，所以可用精馏法提纯。三氯氢硅极易挥发和水解，产生强腐蚀的盐酸气，因此精馏设备必须防止水汽和空气混入。 直拉单晶制造法（Czochralski，CZ法）是把原料多晶硅块放入石英坩埚中，在单晶炉中加热融化 ，再将一根直径只有10mm的棒状籽晶浸入融液中。在合适的温度下，融液中的硅原子会顺着籽晶的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把籽晶微微的旋转向上提升，融液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，并延续其规则的原子排列结构。若整个结晶环境稳定，就可以周而复始的形成结晶，最后形成一根圆柱形的原子排列整齐的硅单晶晶体，即单晶硅锭。当结晶加快时，晶体直径会变粗，提高升速可以使直径变细，增加温度能抑制结晶速度。反之，若结晶变慢，直径变细，则通过降低拉速和降温去控制。拉晶开始，先引出一定长度，直径为3～5mm的细颈，以消除结晶位错，这个过程叫做引晶。然后放大单晶体直径至工艺要求，进入等径阶段，直至大部分硅融液都结晶成单晶锭，只剩下少量剩料。 Most ingots produced today are 150mm (6) and 200mm (8) diameter, but Komatsu Silicon America, MEMC, Mitsubishi Silicon America, Shin-Etsu Handotai America, and Wacker Siltronics are developing 300mm (12) and 400mm (16) diameter ingots. 在区熔炉炉室内，将硅棒用上下夹头保持垂直，有固定晶向的籽晶在下面，在真空或氩气条件下，用高频线圈加热（2～3兆赫），使硅棒局部熔化，依靠硅的表面张力及高频线圈的磁力，可以保持一个稳定的悬浮熔区，熔区缓慢上升，达到制成单晶或提纯的目的。线圈结构对保证操作顺利起非常重要的作用。现代大型区熔炉能拉制直径大于 100毫米的硅单晶。 * Pre-oxidation Wafer Clean Particulate Removal Hig