-SIMOX工藝簡介-PPT課件

1、SIMOX工藝簡介楊健9月5日概述1 什么是SOI?SOI (Silicon On Insulator),又稱絕緣層上硅。一種新型結(jié)構(gòu)的硅材料通過在體硅中加入一層絕緣層，而具有一些特殊的性質(zhì)。被稱為有望替代體硅成為新一代的集成電路襯底材料。體硅SOI絕 緣 層（埋氧層）SIMOXBondingSmart-cut頂硅層襯底SIMOX2.1 SIMOX工藝流程：SIMOX ( Separate by IMplant Oxygen ),又稱注氧隔離技術(shù)。此方法有兩個關(guān)鍵步驟：離子注入和退火。在注入過程中，氧離子被注入圓片里，與硅發(fā)生反應(yīng)形成二氧化硅沉淀物。然而注入對圓片造成相當(dāng)大的損壞，而二氧化硅沉

2、淀物的均勻性也不好。隨后進(jìn)行的高溫退火能幫助修復(fù)圓片損壞層并使二氧化硅沉淀物的均勻性保持一致。這時圓片的質(zhì)量得以恢復(fù)而二氧化硅沉淀物所形成的埋層具有良好的絕緣性。Si substrateO+離子注入SOI 材料高溫退火SIMOX2.2 SIMOX機(jī)理：形核長大熟化聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)SIMOX2.3 過程參數(shù)影響注入劑量：控制埋氧層的厚度，提高注入劑量，埋氧層增加同時頂硅層厚度減小。注入能量：控制離子注入的射程，從而影響頂層硅厚度。另外研究表明，注入能量越高注入粒子分散程度越大，形成連續(xù)埋氧層所需劑量也越高。退火溫度：高溫退火消除注入缺陷，消融頂層硅中氧沉淀，促使埋層形成。退火氣氛：惰性氣氛通常加

3、入少量氧，增加氧分壓防止由于形成SiO而導(dǎo)致的表面缺失。硅片溫度：影響注入過程缺陷形成，低溫容易導(dǎo)致頂層硅的非晶化。SIMOX2.3 過程參數(shù)影響注入劑量：控制埋氧層的厚度，提高注入劑量，埋氧層增加同時頂硅層厚度減小。0.225x1018cm-20.45x1018cm-20.675x1018cm-21.125x1018cm-21.135x1018cm-20.9x1018cm-21.575x1018cm-21.8x1018cm-2200keV/1325 (16h)SIMOX2.3 過程參數(shù)影響注入能量：控制離子注入的射程，從而影響頂層硅厚度。另外研究表明，注入能量越 高注入粒子 分散程度越大，形

4、成連續(xù)埋氧層所需劑量也越高。160keV130keV100keV4.5x1017cm-21300 /5hSIMOX2.3 過程參數(shù)影響退火溫度：高溫退火消除注入缺陷，消融頂層硅中氧沉淀，促使埋層形成。未退火1350 1300 1200 SIMOX2.3 過程參數(shù)影響退火氣氛：惰性氣氛通常加入少量氧，增加氧分壓防止由于形成SiO而導(dǎo)致的表面缺失埋氧層頂硅層埋氧層頂硅層純ArAr+60%O2高溫（650 ）130keV/9x1017cm-2 + 低溫（30 ）130keV/1015cm-2 +1300 /5hSIMOX2.3 過程參數(shù)影響硅片溫度：影響注入過程缺陷形成，低溫容易導(dǎo)致頂層硅的非晶化。

5、SIMOX2.4 改進(jìn)SIMOX材料質(zhì)量的途徑選擇合理靶片溫度與退火溫度研究結(jié)果表明當(dāng)注入溫度低于500 時，材料缺陷密度較高要獲得較高質(zhì)量的材料，通常靶片溫度選擇在600700 可以獲得較高質(zhì)量的頂層硅膜。只有當(dāng)退火溫度高于1250 時才能將頂層硅中的氧沉淀消融，并降低缺陷。通常退火溫度在1300 ，時間為56小時。多重注入和退火高劑量離子注入會將缺陷和應(yīng)力引入頂部硅層，實驗表明把常規(guī)的一次注入和退火（如200keV/1.8x1018cm-2,1300 +5h退火）變?yōu)槿巫⑷牒屯嘶穑?200keV/0.6x1018cm-2,1300 +5h退火，反復(fù)三次）可明顯降低頂層硅缺陷。SIMOX產(chǎn)

6、品工藝條件1、HD工藝 條件：一次注入 能量190keV 角度200 劑量8.5E+17 溫度520 二次注入 能量190keV 角度20 劑量8.5E+17 溫度5202、XYZ工藝 條件：一次注入 能量190keV 角度200 劑量3.4E+17 溫度365 二次注入能量180keV 角度20劑量4E+15 溫度 室溫3、AD工藝 條件：一次注入能量 165keV 角度20 劑量3.9E+17 溫度520 二次注入能量190keV 角度200 劑量3.1E+17 溫度520SIMOX產(chǎn)品膜厚差異HDHD產(chǎn)品膜厚有三層：分別為頂層硅（SOI）中間氧化層（BOX層）和襯底.SOI厚度2000+

7、-50A range100A BOX厚度3750+-50A range100AXYZXYZ產(chǎn)品膜厚有四層：分別為頂層氧化層、頂層硅（SOI）中間氧化層（BOX）和襯底。頂層養(yǎng)護(hù)層厚度4400+-50ARange100A SOI厚度1950+-50A BOX厚度1200+-50 range100ADAD產(chǎn)品膜厚分為三層：頂層硅（SOI）中間氧化層（BOX）和襯底。SOI厚度1900+-50 range100 BOX厚度1550+-50 range100SIMOX產(chǎn)品工藝原理1、HD工藝 原理：兩次注入一次退火 每次注入劑量8.5E+17 兩次注入后通過退火修復(fù)注入時氧離子打亂的晶格并在片子內(nèi)部形

8、成連續(xù)氧化層2、XYZ工藝 原理：兩次注入一次退火 第一次注入3.4E+17在硅片內(nèi)部形成不連續(xù)的氧化層 二次注入為室溫注入劑量4E+15 二次注入的氧離子將第一次注入的氧離子分布峰值區(qū)域選擇性晶化形成一層非晶硅層并在退火過程中形成多晶。在注入后的高溫退火中氧原子（注入和退火氣氛中擴(kuò)散進(jìn)入襯底的氧）沿著多晶的晶粒邊界快速擴(kuò)散，促進(jìn)埋氧層的形成并增厚了埋氧層3、AD工藝 原理：兩次注入兩次退火 在襯底內(nèi)部形成連續(xù)氧化層投料顆粒測試一次注入顆粒測試清洗目檢顆粒測試二次注入顆粒測試目檢6HD-P0 200.2 （0.2以上的顆粒不多余20個）核對料號 片子規(guī)格 厚度 電阻率 晶向 類型摻雜 記錄ID

9、輸入電腦6HD-P1 80寫異常報告 （顆粒高可能導(dǎo)致氧化層針孔從而影響擊穿電壓）6HD- cln16HD-P230表觀好，取出再次清洗。中間劃傷嚴(yán)重取出報廢6HD-P1 80寫異常報告顆粒測試清洗待接到退火通知再清洗6HD- cln26HD-P230表觀ok，取出再次清洗。退火6HD- ANN清洗6HD- cln3UV1280測試6HD- 4LHF Secco IV測試每爐做一次SIMOX產(chǎn)品-HD產(chǎn)品流程角度200 能量190 劑量8.5E+17 溫度520角度20 能量190 劑量8.5E+17 溫度520HD產(chǎn)品流程-投料1、將裸硅片投入生產(chǎn)線，按照工藝要求打出工單2、確認(rèn)工單上硅片要

10、求是否跟投料硅片符合。比如：產(chǎn)品數(shù)量、產(chǎn)品大小、產(chǎn)品晶向（1-0-0）、 摻雜及摻雜類型、產(chǎn)品厚度、有無背封及產(chǎn)品電阻率大小3、分片：確認(rèn)好硅片規(guī)格后將裸硅片按照ID 分到片盒規(guī)定的slot號中HD產(chǎn)品流程-顆粒測試注入前測顆粒： 程序為：6寸為6HD-P0-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD200.3um大于0.3um的顆粒少于20個 8寸為8HD-P0-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD200.3um 大于0.3um的顆粒少于20個 顆粒影響 注入前顆粒高可能會導(dǎo)致XYZ工藝注入后亮點頂層硅表面缺陷 對HD工藝BOX層產(chǎn)生針孔導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱虷D產(chǎn)品流程-一次注入注入條件：角度200 溫度520 能量190keV 劑量

11、8.5+17 通入大約2mA水蒸氣(水蒸氣大小會影響到BOX厚度）注意：注入時holder有10偏轉(zhuǎn)目的是為了防止溝道效應(yīng)能量190keV影響注入深度 溫度520是為了在通入水蒸氣時將片子表面氧化形成氧化層從而保護(hù)硅片表面減少頂層硅缺陷 同時在降溫過程中硅片本身有自退火修復(fù)一部分打亂的晶格HD產(chǎn)品流程-一次注入后顆粒測試目檢注入后顆粒測試：程序：8寸為8HD-P1-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD1420.3um 大于0.3um的顆粒小于142個 6寸為6HD-P1-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD800.3um大于0.3um的顆粒小于80個 顆粒高原因：1、襯底問題 襯底不同吸附顆粒的能力不同（N型注入后顆粒較高）

12、2、注入機(jī)本身問題 throat line或者法拉第硅瓦脫落注過程中在腔體內(nèi)部產(chǎn)生顆粒 開腔后腔體沒清理干凈也會導(dǎo)致顆粒偏高 holder抓片位置也可能損壞硅片導(dǎo)致顆粒高3、注入前顆粒高HD產(chǎn)品流程- 一次注入后清洗1、5%的HF漂洗5分鐘+水洗10分鐘目的：洗去注入過程中在表面形成的氧化層2、過HF后用標(biāo)準(zhǔn)清洗程序清洗悠揚：1號液10分鐘（氨水：雙氧水：水=1：2：20）+水槽 10分鐘 目的除去金屬和顆粒（去除顆粒為主要目的） 2號液8分鐘（鹽酸：雙氧水：水=1：1：20）+水槽10 分鐘 目的主要去除金屬HD產(chǎn)品流程- 清洗后顆粒測試注入前測顆粒： 程序為：6寸為6HD-P2-6mm 標(biāo)

13、準(zhǔn)為LPD300.3um大于0.3um的顆粒少于30個 8寸為8HD-P2-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD300.3um 大于0.3um的顆粒少于30個HD產(chǎn)品流程- 二次注入注入條件：角度20 溫度520 能量190keV 劑量8.5+17 通入大約2mA水蒸氣注意：與一次注入不同的是注入角度 一次注入為200二次注入為20相差180（這是一個角度補(bǔ)償沒有先后順序）其他條件與一次注入條件相同HD產(chǎn)品流程-二次注入后顆粒測試和目檢注入后顆粒測試：程序：8寸為8HD-P1-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD1420.3um 大于0.3um的顆粒小于142個 6寸為6HD-P1-6mm 標(biāo)準(zhǔn)為LPD800.3um大于0.

14、3um的顆粒小于80個 與一次注入后顆粒測試條件相同目檢：查看注入后是否有劃傷、亮點，如果顆粒高查看顆粒分布,是否有沾污等情況HD產(chǎn)品流程-退火前合片及漂HF退火前合片由于注入每卡18片（6寸）而退火每卡可以放要25片，因此退火時要把每卡合片成25片，因此一定要記錄硅片的ID。漂洗HF注入時會在表面形成氧化層從而保證頂層硅的質(zhì)量減少缺陷因此注入后要把這層氧化層去除掉，5%的HF漂洗5分鐘+水洗10分鐘HD產(chǎn)品流程-退火前清洗及顆粒測試1、過HF后用標(biāo)準(zhǔn)清洗程序清洗悠揚：1號液10分鐘（氨水：雙氧水：水=1：2：20）+水槽10分鐘 目的除去金屬和顆粒（去除顆粒為主要目的） 2號液8分鐘（鹽酸：

15、雙氧水：水=1：1：20）+水槽10分鐘 目的主要去除金屬2、顆粒測試測試程序6HD-P5，要求LPD20與6一致HD產(chǎn)品流程-退火后漂HF及清洗測顆粒退火后漂HF 注入時由于能量較高會對一部分頂層硅造成損傷，在退火時表面的頂層硅會形成氧化層，需要用HF漂洗掉，從而保證頂層硅的質(zhì)量。 10%的HF漂洗10分鐘+水洗10分鐘.過HF后用標(biāo)準(zhǔn)清洗程序清洗悠揚：1號液10分鐘（氨水：雙氧水：水=1：2：20）+水槽10分鐘 目的除去金屬和顆粒（去除顆粒為主要目的）2號液8分鐘 （鹽酸：雙氧水：水=1：1：20）+水槽10分鐘 目的主要去除金屬清洗后顆粒測試程序6HD-P5（8寸為8HD-P5）顆粒要求LPD800.3umHD產(chǎn)品流程-退火膜厚測試HD退火后膜厚HD退火后分為三層：最上邊為SOI層（頂層硅）厚度要求為2000+-50A range100 中間為BOX層（氧化層）厚度要求為3750+-50 range100 最下邊為襯底測試程序為6HD-4L（8HD-4L)注意：UV-1280測試HD時出來的膜厚為四層（BOX被分為2層來記錄）因此在記錄數(shù)據(jù)時一定要注意BOX厚度要兩層加在一起。HD產(chǎn)品流程-目檢、入庫測試AASHD:每4卡注入完送測1片AD/XYZ:每8卡注入完送測1片H