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—本文來自華林科納 網(wǎng)絡(luò)部
摻雜的作用是制作N型或P型半導(dǎo)體區(qū)域,以構(gòu)成各種器件結(jié)構(gòu)。摻雜工藝的基本思想就是通過某種技術(shù)措施,將一定濃度的三價(jià)元素(如硼、銻)或五價(jià)元素(如磷、砷等)摻入半導(dǎo)體襯底,從而原材料的部分原子被雜質(zhì)原子代替。
摻雜工藝方法分為:熱擴(kuò)散法和離子注入法。
熱擴(kuò)散是最早使用也是最簡單的摻雜工藝,它利用原子在高溫下的擴(kuò)散運(yùn)動,使雜質(zhì)原子從濃度很高的雜質(zhì)源向硅中擴(kuò)散并形成一定的分布。熱擴(kuò)散通常分兩個(gè)步驟進(jìn)行:預(yù)淀積(預(yù)擴(kuò)散)和主擴(kuò)散(也稱推進(jìn))。預(yù)淀積是在高溫下利用諸如硼、磷等雜質(zhì)源對硅片上的摻雜窗口進(jìn)行擴(kuò)散,在窗口處形成一層較薄但具有較高濃度的雜質(zhì)層。主擴(kuò)散是利用預(yù)淀積所形成的表面雜質(zhì)層做雜質(zhì)源,在高溫下將這層雜質(zhì)向硅體內(nèi)擴(kuò)散的過程。通常推進(jìn)的時(shí)間較長。
?現(xiàn)分別列出不同擴(kuò)散方式的步驟:
CSD涂源擴(kuò)散(硼源)
CSD涂源擴(kuò)散的步驟為:CSD涂源——CSD預(yù)淀積——后處理——基區(qū)氧化——基區(qū)再擴(kuò)散(或者后兩步同時(shí)進(jìn)行即基區(qū)氧化再擴(kuò)散):
1、硼源CSD涂覆:利用凃源機(jī)在硅片表面進(jìn)行硼源涂覆,硼源選用硼源B 30,主要成份是B2O3,液態(tài)。涂源步驟為:
1)清洗:硅片在2號清洗液中清洗,如果硅片較臟,還需要在煮沸的SH清洗液中浸泡清洗;
2)涂覆:硅片旋轉(zhuǎn)速度約為2500轉(zhuǎn)/min,涂覆后硅片傳送到加熱板,溫度為(80±1)℃,加熱時(shí)間為20S;
3)測試:硼源涂覆的厚度為0.5μm,利用假片測試涂覆的厚度和均勻性,用紫外分光光度計(jì)分別測試硅片的上、下、左、右、中五點(diǎn);
4)檢驗(yàn):涂覆的硼源表面要求不發(fā)花、無缺損、無顆粒等;
5)返工:如果硅片表面發(fā)花,則用純水沖洗干凈后再涂布。
2、CSD硼源預(yù)淀積:在擴(kuò)散爐中預(yù)淀積,預(yù)淀積后需要測試硅片ρs,方法是將陪片表面的二氧化硅腐蝕掉,然后利用四探針測試儀測試表面的電阻率。不同產(chǎn)品預(yù)淀積的時(shí)間、溫度都有所不同。
如果硅片由于卡位在擴(kuò)散爐爐口停留過久造成硼源氧化,需要返工,首先將SH-3清洗液將硅片清洗干凈,然后用HF溶液去除表面SiO2,甩干后再重新涂布硼源。
3、后處理:用5%的HF溶液浸泡(10—20)min。
4、再擴(kuò)散:硅片手動進(jìn)出爐,再擴(kuò)散后的硅片需要測試電阻率ρs和結(jié)深jx。
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POCl3擴(kuò)散
POCl3擴(kuò)散的作用有:磷摻雜、N+淀積和磷吸雜,N+淀積和磷吸雜只需要經(jīng)過POCl3預(yù)淀積步驟,N+淀積的后處理采用5%HF溶液進(jìn)行泡酸處理,而磷吸雜后處理采用P液處理30S。
POCl3擴(kuò)散的步驟為:POCl3預(yù)淀積——后處理——氧化——再擴(kuò)散(或者后兩步同時(shí)進(jìn)行即氧化再擴(kuò)散),各個(gè)分步驟為:
1、POCl3預(yù)淀積:
步驟同三擴(kuò)的POCl3預(yù)淀積,但是不同產(chǎn)品預(yù)淀積的時(shí)間、溫度都有所不同。
預(yù)淀積在擴(kuò)散爐中進(jìn)行,預(yù)淀積后需要測試硅片ρs。
2、后處理:
磷吸雜后處理(常常用于外延片小功率產(chǎn)品):利用P液(純水:HF:HNO3=300:15:10)將硅片磷吸雜后形成大的PSG泡酸去除,一般為30S,如果沒有去除干凈則加時(shí),P液的溫度和PSG腐蝕速率有很大關(guān)系;
磷吸雜原理:磷硅玻璃是由P2O5和SiO2的混合物共同組成,結(jié)構(gòu)中存在氧空位,它是負(fù)電中心,所以能對以Na+為代表的可動電荷起到固定提取和阻擋的作用,并且Na+絕大部分分布在PSG中,濃度比SiO2中高三倍。
磷摻雜后處理:利用5%的HF溶液浸泡20min去除表面的氧化層;
3、氧化:
步驟同三擴(kuò)的POCl3氧化,在擴(kuò)散爐中氧化,但是不同產(chǎn)品采用的氧化方式、氧化的時(shí)間、溫度都有所不同;
4、再擴(kuò)散:
將硅片裝入石英舟中,將擴(kuò)散爐爐管預(yù)熱到800℃之后,將載有硅片的石英舟按照一定速度慢慢推進(jìn)爐管后,爐管以一定速率加熱升溫至工藝溫度,經(jīng)過若干小時(shí)(視情況而定)擴(kuò)散后,爐管內(nèi)以一定速率慢慢降溫,將舟慢慢拉出。
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離子注入再擴(kuò)散
離子注入再擴(kuò)散的步驟為:離子注入(硼或磷)——氧化——再擴(kuò)散
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