扩散工艺-半导体制造

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1、L扩散工艺，、/•・亠.刖g:扩散部按车间划分主要由扩散区域及注入区域组成，其中扩散区域又分扩散老区和扩散新区。扩散区域按工艺分，主要有热氧化、扩散、LPCVD、合金、清洗、沾污测试等六大工艺。目录第一章：扩散区域设备简介第二章：氧化工艺第三章：扩散工艺第四章：合金工艺L第一章：扩散部扩散区域工艺设备简介炉管设备外观：扩散区域的工艺、设备主要可以分为：炉管：负责高温作业，可分为以下几个部分:组成部分功能控制柜->对设备的运行进行统一控制；装舟台：-园片放置的区域，由控制柜控制运行炉体：-对园片进行高温作业的区域，由控制栢控制升降温源柜：-供应源、气的区域，由控制柜

2、控制气体阀门的开关。FSI：负责炉前清洗。L第二章：热氧化工艺热氧化法是在高温下(900°C・1200°C)使硅片表面形成二氧化硅膜的方法。热氧化的口的是在硅片上制作出一定质量要求的二氧化硅膜，对硅片或器件起保护、钝化、绝缘、缓冲介质等作用。硅片氧化前的清洗、热氧化的环境及过程是制备高质量二氧化硅膜的重要环节。2.1氧化层的作用2.1.1用于杂质选择扩散的掩蔽膜常用杂质(硼，磷，神等)在氧化层'11的扩散系数远小于在硅111的扩散系数，因此氧化层具冇阻挡杂质向半导体中扩散的能力。利用这一性质，在硅上的二氧化硅层上刻出选择扩散窗II,则在窗口区就可以向硅中扩散朵质，

3、其它区域被二氧化硅屏蔽，没冇杂质进入，实现对硅的选择性扩散。1960年二氧化硅就已被用作晶体管选择扩散的掩蔽膜，从而导致了硅平面工艺的诞生，开创了半导体制造技术的新阶段。同时二氧化硅也町在注入工艺中，作为选择注入的掩蔽膜。作为掩蔽膜时，一定耍保证足够厚的厚度，朵质在二氧化硅屮的扩散或穿透深度必须要小于二氧化硅的厚度，并冇一定的余量，以防止可能出现的工艺波动影响掩蔽效果。2.1.2缓冲介质层其一：硅与氮化硅的应力较大，因此在两层之间生长一层氧化层，以缓冲两者Z间的应力，如二次氧化；其二：也可作为注入缓冲介质，以减少注入对器件表而的损伤。P-WellSi3N4SiO2

4、2.1.3屯容的介质材料电容的计算公式：C=0*r*S/d0：真空介质常数r：相对介电常数S：屯容区面积D：介质层厚度L二氧化硅的相对介电常数为3-4o二氧化硅的耐击穿能力强，温度系数小，是制作电容介质的常用材料。在电容的制作过程屮，电容的面积和光刻、腐蚀有较大的关系，而厚度则由二氧化硅的厚度决定。2.1.4集成电路的隔离介质二氧化硅的隔离效果比PN结的隔离效果好，漏电流小，耐击穿能力强，隔离区和衬底之间的寄生电容小，不受外界偏压的影响，使器件有较高的开关速度。如工艺中常用的场氧化就是生长较厚的二氧化硅膜，达到器件隔离的目的。・WellSiO22.1.5MOS场效

5、应晶体管的绝缘栅材料二氧化硅的厚度和质量直接决定着MOS场效应晶体管的多个电参数，因此在栅氧化的工艺控制中，要求特别严格。22.2热氧化方法介绍2.2.1干氧氧化干氧氧化化学反应式：Si+O2=SiO2氧分了以扩散的方式通过氧化层到达二氧化硅•硅表面，与硅发生反应，生成一定厚度的二氧化硅层。干氧化制作的Si02结构致密，均匀性、重复性好，掩蔽能力强，对光刻胶的粘附性较好，但生长速率较慢；一般用于高质量的氧化，如栅氧等；厚层氧化吋用作起始和终止氧化；薄层缓冲氧化也使用此法。2.2.2水汽氧化水汽氧化化学反应式：2H2O+Si=SiO2+2H2水汽氧化生长速率快，但结

6、构疏松，掩蔽能力差，有较多缺陷。对光刻胶的粘附性较差，我们公L司不采用此方法。2.2.3湿氧氧化湿氧氧化反应气体中包括02和H20,实际上是两种氧化的结合使用。湿氧氧化化学反应式：H2+O2=H2OH20+Si=SiO2+2H2Si+O2=SiO2湿氧氧化的生长速率介于干氧氧化和水汽氧化之间；在今天的工艺中H20的形成通常是由H2和02的反应得到；因此通过H2和02的流量比例来调节02和H20的分压比例，从而调节氧化速率，但为了安全，H2/O2比例不可超过1.88。湿氧氧化的氧化层对杂质掩蔽能力以及均匀性均能满足工艺要求，并且氧化速率比干氧氧化有明显提高，因此在厚

7、层氧化屮得到了较为广泛的应用，如场氧化等。2.2.4掺氯氧化氧化气体中掺入HCL或DCE(C2H2C12)后，氧化速率及氧化层质量都有提高。人们从两个方而来解释速率变化的原因，其一：掺氯氧化时反应产物冇H2O,加速氧化；其二：氯积累在Si-Si02界面附近，氯与硅反应生成氯硅化物，氯硅化物稳定性差，在有氧的情况下易转变成Si02,因此，氯起了氧与硅反应的催化剂的作用。并11氧化层的质量也大有改善，同时能消除钠离子的沾污，提高器件的电性能和可靠性。热氧化过程中掺入氯会使氧化层中含有一定量的氯原了，从而可以减少钠离子沾污，钝化SiO2中钠离子的活性，抑制或消除热氧化缺

8、陷,改善击