新加坡实德科技有限公司北京办事处
→询盘
环境气体
气体流率和组成
对于一个指定的扩散系统和扩散过程来说选择恰当的气体流率和组成对于硼源片和磷源片至关重要。因此，此文给扩散工程师提供了必要合理的建议。此文提供了一个当把硼源片当做扩散源时不要低温氧化循环的工艺建议。
气体流率
对于给定的扩散系统，气体流率主要是由扩散管的直径所决定。一个典型流率可以在图表1中描述的曲线选择出来。
一般情况下，气体流率应该越低越好，但是也要足够高阻止空气回流到扩散管中。在沉积温度时通常要避免特别高的流率，因为高速率往往会在船的末端的进气口产生不均匀的电阻率。这是因为高流率的气体将三氧化二硼或五氧化二磷携带出扩散源到扩散管中，在他们有机会沉积到临近的硅片上之前。
一定要阻止室内空气的回流，否则，在舟的作业端就会产生不均匀的电阻率。这是因为多余的氧气在硅晶片上生成相对厚的氧化膜，阻止了三氧化二硼和五氧化二磷在硅片上的沉积。 在很多扩散系统中降低回流的方法是使用高气体流率（10-15l/min）每当取下扩散炉端盖时（ 在插入和移除船的过程中）。当端盖被放回时，流率应该降低到推荐的速率。
然而，高气体流率，在大直径的扩散管中阻止回流并不是很有效（如，200mm）据报道，不论流率的高低，氮气往往在管的顶部，空气会回流到管的底部。因此，在扩散管闭合后插入温度时应留有足够的时间让氮气可以去除管内的回流空气，然后再升至沉积温度。同时，因为大直径的扩散管常使用悬臂系统，因此要特别注意在悬臂拱周围的端盖多余部分的闭合。
气体类型
大多数扩散系统在扩散管中使用氮气作为载气。一些扩散工程师，在沉积温度达到1050°C以上，偏好使用氩气，因为氩气是一种惰性气体，并不与硅表面反应产生氮化硅斑。
气体组成
适量的氧气与选定的载气的结合对硅表面的损伤有很重要的影响。
氧气的数量必须与载气混合在一起，往往会随着沉积温度的增加而增加。一般情况下，温度在1000°C以上，要用少量氧气，温度低于1000度，就几乎不用或者用很少的氧气了。图2可以作为一个选择氧气含量的指南，可以在硼源片和磷源片进行沉积时最大的减少硅表面的破坏。
在沉积循环的时候要特别小心不要使用太多的氧气。如果出现这样的情况，在硅表面上会生成氧化膜，太厚从而阻止三氧化二硼或五氧化二磷的沉积，会导致硅片上不均匀的掺杂。
一些磷扩散过程会利用气体掺杂源，扩散后通常会立即氧化硅的表面。其实也可以用固态磷源片，如果氧化过程用的是干氧。干氧可在任何温度下与磷源片一起使用，因为氧气对源没有任何影响。然而，氧化不能够在沉积温度下与湿润的氧气进行，也不能是蒸汽。因为水分将很快用完五氧化二磷。
使用LTO循环来移除硼硅化物
硼硅化物是薄，金属化合物，在硼沉积循环中在沉积玻璃薄膜下形成。类似的名字有硼富相，硼硅相以及硅斑。个相位在氢氟酸内不可溶，可以通过经HF蚀化后的亲水（不湿润）的硅表面与疏水的（湿润）硅表面比较观察出来。硅硼化物对于硅加工是有利的，有利于在硅片上产生均匀的方块电阻，在抽拉循环中，可以用作有限的硼源。然而，在接 下来的步骤相位就要被移除，避免产生别的问题。
传统的低温氧化循环周期：最常用的移除硼硅相的办法是使用低温氧化循环。这项技术包括将玻璃膜从掺杂的硅片上移除，然后将其重新插入扩散炉中，当中炉中不能有源。将硅片在蒸汽内或者在湿氧气中保持800°C，20至30分钟通常对于氧化一个薄层时间已经足够。新的氧化层在进行接下来的硅晶片处理之前要在稀释的氢氟酸中蚀刻掉。低温氧化循环周期往往会增加电阻率，但是通常并不损坏均匀性。
原位低温氧化循环： 此循环与上述低温氧化循环很重要的不同是可以在有硼源片存在的情况下作业：在沉积循环的冷却部分或者是在船达到移除温度后用纯氧氧化硅片[1]。图3显示了原位低温氧化循环是如何减少硼沉积循环的步骤的。
尽管氧气中的冷却免除了接下来的低温氧化循环的过程，它也可以影响到掺杂硅晶片的均匀度。这是因为氧气在氧化硼硅相之前必须从沉积薄膜上扩散，薄膜厚度上任何的不均匀都会影响到其下的硅表面上的氧化率。经验表示通常这对于高温分离和pnp发射效果非常好，但是通常不适用于低温扩散，因为低温扩散均匀度更重要。
湿氧或者蒸汽不能用在低温氧化循环过程，因为水分会迅速的消耗硼源中可用的三氧化二硼。然而，干燥的氧气可在任何温度使用，因为氧气对源没有任何影响。这样，接下来要做的与刚才做的完全相同。
气体组成—水分
进入扩散炉中不可控制的水分会导致硅表面损伤，硅上不均匀的掺杂等等。然而，当水分集中在扩散管里较低的位置，在GS-126硼源片中以可控制量存在的情况下，如产品公告310所示。掺杂均匀性可以得到改善，也可以得到优良的器材。在加州大学伯克利研究表明这项技术可以用来生产p型源/CMOS集成电路，与离子注入生产效果是相同的[2]。
结论
当选择恰当的载气率和载气氧气浓度时硼源片和磷源片能够得到最佳的掺杂结果。 在有氧气存在的情况下使用源为沉积过程提供了极大的灵活性，因为氧气对它们的性能没有影响。这一点对于硼源片特别有作用，可能会用在原位低温氧化循环中氧化硼硅相。 原位氧化循环完全摒弃了使用单独低温氧化循环步骤的必要，可以带来很大的节约。
欲了解更多有关此产品公告或者硼源片磷源片，请联系掺杂小组。
参考文献：
1.J.E. Rapp, “The Planar Diffusion Technique”, Semicon Technology Asia 1998/9, Nordica International.3.F Block B, Quarry Bay, Hong Kong, p. 33.
2. R. Alley, P.K. Ko and K.Voros, “Characterization of the BoronPlus Planar Dopant Source Moisture Enhanced Process”, Thesis at University of California, Berkeley, Sept 18, 1986. Memorandum No. UCB/ERL M86/75.