POCL3多晶摻雜工藝的應(yīng)用研究-基礎(chǔ)科研總結(jié)

POCL3多晶摻雜工藝的應(yīng)用爭論一、課題來源1、由于多晶承受注磷摻雜劑量特別大，注入時間比較長，嚴峻占用了注入的產(chǎn)能，使得注入成為VDMOSPOCL3VDMOS月產(chǎn)能；2、依據(jù)原多晶摻雜流程，需要在多晶注入后再增加一道多晶去膠，而改為POCL310.31元，工藝POCL3多晶摻雜的單片本錢5.91元，POCL3工藝節(jié)約的本錢近一倍，更能起到將本的作用。3、多晶注入摻雜到肯定程度后很難再提升摻雜濃度，且即使提升本錢卻更大；但POLCL3通過工藝時間的轉(zhuǎn)變能比較便利的實現(xiàn)此功能；對后續(xù)產(chǎn)品牢靠性的提升與改善余地更大。二、科研目標、POCl32POCL3技術(shù)措施：GSD離子注入機多晶注磷的方式進展，流程為：多晶淀積↓多晶注磷〔GSD離子注入機〕↓●多晶去膠變更后VDMOS多晶摻雜承受POCL3多晶摻雜，流程為：多晶淀積↓三氯氧磷預(yù)淀積〔Centrotherm12-1#爐管〕其中，三氯氧磷預(yù)淀積整個工序包含了摻雜預(yù)淀積和預(yù)淀積的后處理過程。三、本錢預(yù)算1、主材費用：24片*300元=7200元；2、加工流片費用：18片*〔9.9+9+5.91+4.32〕元+6片*〔9.9+9+5.91〕元=673元3、本錢合計：7873元四、爭論過程與措施依據(jù)公司產(chǎn)能擴大的要求，多晶摻雜由于使用注入機注入的方式做片，因此成為制約產(chǎn)能提升的關(guān)鍵因素。多晶摻雜工藝承受注入方式，不僅極大占用注入機產(chǎn)能，增加一步去膠工序，且流程長、單片本錢較高。因此爭論其它摻雜方式是否能替代現(xiàn)有注入POCL3摻雜替代注入摻雜，具體的爭論方案及進度如下：1、一季度：POCl3多晶摻雜工藝的理論爭論及可行性分析。2、二季度：POCL3多晶摻雜單項工藝驗證。3、三季度：產(chǎn)品驗證4、四季度：工程總結(jié)〔一〕POCL3理論爭論〔CD〕越來越小，此種方法已漸漸淘汰，但在一些功率器件及太陽能器件生產(chǎn)中，集中摻雜仍占有肯定比例。在此范圍內(nèi)常用雜質(zhì)如硼、磷、砷等在硅中的固溶度變化不大，因此只承受恒定外表源集中難以得到低外表濃度與深結(jié)深的雜質(zhì)分布。為此，通常分兩步進展：其次步：主集中或再分布，有限外表源，高斯分布。三氯氧磷預(yù)淀積是半導(dǎo)體制造過程中常用的摻雜工藝，其工藝原理主要是通高純氮POCL3POCL35POCl60CPO3PCl，同3 2 5 5時通肯定量的氧氣，與分解產(chǎn)物 PCl5

起反響，改善硅片的外表質(zhì)量，防止侵蝕：4PCl55O2

2PO2

10Cl2

25

與硅片外表接觸并與硅原子發(fā)生復(fù)原反響，生成P

2 2

SiSiO2

P。在淀積后到降溫過程中有肯定的再擴推結(jié)作用。整個工藝過程如以下圖所示：POCl3

是由載氣攜帶從硅片邊緣向中心集中的，所以摻雜濃度分布呈現(xiàn)出中心淡、邊緣濃的特點。溫度、氣體、裝片方式等都是影響均勻性的主要因素。目前，薄片電光源產(chǎn)品的放射區(qū)摻雜主要承受三氯氧磷預(yù)淀積工藝，此外還有磷注入工藝、PDS98%以上。依據(jù)產(chǎn)品類型和950~1100℃，1.6~12Ω/□，多晶摻雜?！捕硢蔚拦に囼炞CPOCL3POCl312-1#作業(yè)，利POCl9501、方塊電阻三氯氧磷預(yù)淀積方塊電阻拉偏條件33淀積后的方塊電阻。工藝條件：POCl950；設(shè)備：12-1#淀積時間試片號原始Tpoly〔A〕POCl3〔Ω/□〕6p1201708014.3116m6p12027085.215.866p12037084.4166p12047086.215.4314m6p12057092.217.716p1206710518.026p12077122.620.8312m6p12087149.417.146p12097145.221.4916M14M12M222120192221201918171615141312123P〔1，1，1〕晶向，GOX21300A7100A左右，氧化層厚度比正片試片厚300A左右，對測試多晶層厚度有肯定影響。均勻性調(diào)整及方塊電阻掌握10Ω/□方式，預(yù)淀積時間等措施來實現(xiàn)工藝要求。預(yù)淀積工藝條件：POCl950；設(shè)備：12-1#退火工藝條件：PLANN120，設(shè)備：29-4#/26-4#預(yù)淀積預(yù)淀積退火時間舟位片號Ps〔Ω/□〕均勻性Ps均勻性E016P121212.221.19%9.520.92%25mE036P121112.433.17%9.812.10%E066P121012.272.53%9.611.49%A016P121812.814.54%9.692.68%22mE016P122612.943.72%9.923.11%H516P122712.843.49%9.82.51%E016P122813.154.31%10.293.16%20mE036P122913.452.31%10.544.60%E066P121913.092.31%10.333.16%141312111098252525222222202020淀積時間(Min)4.76m1098252525222222202020淀積時間(Min)DMOSPPLANN120〔120，1150℃10Ω/□程均勻性會有肯定程度的改善。310Ω/□POCl3附：16P12294926P121949刻蝕速率與方塊電阻的關(guān)系在不同的方塊電阻下，觀看刻蝕速率有無明顯的變化并拉偏刻蝕工藝淀積時間POCl3淀積后Tpoly刻蝕后Tpoly多晶刻蝕速率刻蝕工藝14.3166441271.47163.515SF+Cl2616m15.866680.4714.85965.61SF+Cl261666771388.97050.815SF+Cl2614m15.4317.716660.86702.21191.81013.872927584.315SF+Cl2618.0267172411.25741.11SF+Cl2620.836758.4847.4591112m17.146728.6657.26071.41SF+Cl2621.496779.49245855621.496779.49245855SF+Cl2。驗證刻蝕速率時作業(yè)兩個刻蝕條件：1SF6

+Cl2、15SF+Cl2；SF66對多晶硅也有肯定的刻蝕作用，所以上表中的刻蝕速率〔主刻步速率〕有差異。從表上看出：比照整體刻蝕速率，表上數(shù)據(jù)無明顯差異，摻雜多晶硅的刻蝕速率快于不摻雜多12小時8小時6小時4小時2小時POCL3126287A/Min，兩12小時8小時6小時4小時2小時6500640063006200610060005900123452、間隔時間與外表質(zhì)量的關(guān)系試片號多晶淀積完成時間試片號多晶淀積完成時間外表質(zhì)量時間間1外表2三氯氧磷預(yù)淀積開三氯氧磷預(yù)淀積完2后處理開始時間外表質(zhì)36P1232、336P1234、12日10:301始時間成時間無白霧，1無白霧，1多晶多晶顆粒1顆粒43535均勻均勻6P1236、3713：5920：20無白霧9：306P1226、279：3015：4516：50無白霧6P1228、296P1230、3122：38無白霧，多晶顆粒無白霧，多晶顆粒12：4619：2021：30無白霧13：5920：20無白霧9：30。〔HF〕會對圓片外表，方阻有肯定影響。壞〔導(dǎo)致方阻偏大，且外表有變花現(xiàn)象。5%HF53、小結(jié)4.76mm三氯氧磷預(yù)淀積工藝條件：POCL950 20~22min后處理工藝條件：5%HF 5min左右方塊電阻參考標準：13±2〔淀積后10±1.5〔退火后〕做完多晶淀積的圓片準時作業(yè)三氯氧磷預(yù)淀積，掌握在2小時以內(nèi)。〔三〕產(chǎn)品驗證POCL3POCL3進展拉偏，片號片號方案中測良率VTHIDSSISGS1#009.680.62#POCL350min62.59%014.319.83#0052.323.34#83.33%08.37.15#POCL320min76.87%011.210.16#65.31%0922.57#83.67%05.29.78#POCL315min75.34%013.29.39#83.33%0.25.89.912#81.97%010.36.413#1E1685.88%07.15.814#82.99%06.49.315#5E1583.16%05.99.516#80.27%0810.210#77.38%09.81111#83.84%07.37.417#81.46%071018#80.61%08.49.419#1.5E1671.26%016.11020#78.23%012.97.121#68.37%021.27.522#66.84%0237.223#82.99%09.65.924#76.19%08.613.1成測數(shù)據(jù)比照方下：TestConditionCS16BD2CS16BD3CS16BD4CS16BD5CS16BD6CS16BD7POCl3作POCl3作POCl3作多晶注磷多晶注磷多晶注磷Capacitance50min20min15min1.5E161.0E160.5E16Ciss,nFVDS=25Volts1.932.032.032.062.062.07Crss,pFVGS=0Volts15.7218.3519.3918.3018.9918.83Coss,pFF=1MHZ186.27189.59190.02190.03190.30190.40Rg,ohms2.292.422.492.643.076.06GateChargeQgs,nCVDS=300Volts8.429.069.149.229.349.36Qgd,nCID=12Amps17.0418.4418.9618.618.7818.66Qg,nCVGS=10Volts43.0845.6646.3645.846.5246.68UISIas,ampsVDD=50VoltsL,mHL=10mHEas,mJ101210921066108410661115參數(shù)差異最明顯，其它電參數(shù)差異不懸殊。從表上看出承受“摻雜作業(yè)20min”的方案比較恰當(dāng)，由于即使把摻雜時間增加為50min,Rg只0.1Ω〔5.2。半批量比照依據(jù)單道結(jié)果及濃度拉偏試驗，安排了7片首輪產(chǎn)品驗證，試驗批號：POCL3摻雜，其余承受多晶注磷。本論試驗的評價方法是：中測成品率全都、參數(shù)中心值全都、組裝考核通過。試驗數(shù)據(jù)具體如下：1、中測成品率：品名批號片號中測良率VTHBVDSSIDSSRDSONISGS2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00176.02%006016.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00288.44%002.608.3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00392.18%001.805.7MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00490.65%0020.26.8MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00592.01%0.200.307.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00691.50%002.206MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00790.65%001.407.5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00891.33%0.201.806.3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#00986.73%005.806.6MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01091.84%000.906.9MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01187.93%0.203.108.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01290.31%002.606.6MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01388.10%003.707.5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01482.65%005.8010.3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01587.76%00605.5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01694.56%001.404MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01788.27%002.308.8MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01888.61%004.306.5MCS5A6012ADL14110MDL14110M#01993.03%001.804.9MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02088.95%002.308.2MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02191.33%002.306MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02291.16%002.106.3MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02391.50%002.505.7MCS5A6012ADL14110MDL14110M#02463.10%0020013.8100.00%100.00%90.00%80.00%70.00%60.00%50.00%40.00%12345678910111213141516171819202122232425去除首尾片影響后，兩種工藝作業(yè)后的成品率全都，具有可比性。參數(shù)分析：1、VTH(產(chǎn)品標準：2.55~3.45V)2、BVDSS(0.25mA條件下)3、RDSON(2A條件下)4、IDSS(650V條件下)5、ISGS(+30V條件下)VTH、BVDSS、RDSON、IDSS、ISGS五項參數(shù)比照無差異，兩種工藝具有可比性。組裝考核分析：正常量產(chǎn)樣管Ciss,nFCrss,pF正常量產(chǎn)樣管Ciss,nFCrss,pFCoss,pFRg,ohmsQgs,nCQgd,nCQg,nCIas,ampsL,mHEas,mJTestConditionVDS=25VVGS=0F=1MHZ12345678910平均VDS=300VID=12AVGS=10VVDD=50VL=10Mh2.0119.19192.892.689.7019.5045.3015.1210.001143.072.0119.02192.082.79.7019.3045.1015.1210.001143.072.0118.98192.812.719.6019.5045.3015.0410.001131.012.0119.13193.132.699.8019.4045.4015.2010.001155.202.0117.77191.622.729.5018.7043.9014.8010.001095.202.0119.06192.382.719.7018.9045.2014.9610.001119.0120.2018.92192.362.719.7018.9045.0015.1210.001143.0720.1919.14193.242.79.7019.2045.3015.2810.001167.392.0118.91192.382.79.4019.4045.1015.4010.001185.802.0119.04191.622.79.4019.6045.3015.1210.001143.075.645518.916192.452.7029.6219.2445.0915.121142.6試驗樣管Test12345678910平均ConditionCiss,nFVDS=25V2.012.002.022.032.012.052.012.012.022.012.0171Crss,pFVGS=017.4714.3519.0219.7818.8218.9212.8416.8817.7817.5917.345Coss,pFF=1MHZ188.84185.31189.77192.01188.76193.06188.72187.09187.59188.26188.94Rg,ohms2.542.542.522.512.522.512.562.532.512.542.528Qgs,nCVDS=300V9.409.409.509.009.309.309.709.509.409.409.39Qgd,nCID=12A18.0016.1019.0019.2018.9018.7015.7017.6017.8017.5017.85Qg,nCVGS=10V44.7041.7045.3046.6045.3046.0040.7044.0045.1044.5044.39Ias,ampsVDD=50V15.0414.8815.1215.2015.2015.1214.9615.1214.9615.122L,mHL=10Mh10.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.000Eas,mJ1131.011107.071143.071155.201155.201143.071119.011143.071119.011143.071135.9POCl3試驗批的Ciss=2.0171nFRg=2.528ΩQgd=17.85nC，都優(yōu)于正常量產(chǎn)批管子，另外，2UISEas差異不大。210DC測試參數(shù)如下：試驗樣管456789111314ITEMIDSSIDSSBVDSSBVDSSBVDSSVTHRDONISGSISGSBIAS1480600250110250uA6.00A101011.00E-081.00E-08660.9661.2663.93.1430.51234.33E-10021.00E-081.00E-08664.2668.1672.53.2150.52113.29E-10034.50E-091.00E-08656.9665.4666.93.1840.52933.94E-10041.00E-081.00E-08653.6660.1661.83.0860.52083.13E-10051.00E-086.38E-09651.2660.8662.23.1590.51061.11E-091.00E-1061.00E-081.00E-08648.5657.2659.73.120.51233.18E-10071.00E-081.00E-08633.4642.76683.2790.53284.49E-10081.00E-081.00E-08654663.4666.33.1790.51334.67E-10091.00E-081.00E-08655.1663.1665.13.1760.51663.07E-100101.00E-081.00E-08657.9662.6664.73.1610.51189.95E-101.10E-10平均9.45E-099.64E-09653.57660.46665.113.17020.518095.12E-102.1E-11正常樣管456789111314ITEMIDSSIDSSBVDSSBVDSSBVDSSVTHRDONISGSISGSBIAS14806002501102506.00A101011.00E-081.00E-08643.6649.4659.53.3110.5221.24E-093.40E-1021.00E-081.00E-08652.6658.5663.33.3140.5223.11E-10031.00E-081.00E-08644.1651659.93.3230.51815.16E-101.00E-1041.00E-081.00E-08644650.36593.3180.51651.03E-091.50E-1051.00E-081.05E-08637.4648.2666.93.3190.5291.06E-09061.00E-081.00E-08645.9653.4663.83.310.52311.09E-09071.00E-081.00E-08646.3653.9660.23.3210.51581.13E-091.00E-1181.00E-081.00E-08642.8649.7658.93.3150.51532.96E-10091.00E-081.00E-08637.1647.7660.93.3140.51731.10E-092.40E-10101.00E-081.00E-08646.6653.1661.63.3180.51813.09E-100平均1E-081E-08644.04651.52661.43.31630.519728.08E-108.4E-112DCDC〔這可能是由于正常量產(chǎn)管子的參數(shù)有波動造成的。HTRB、HTGB考核結(jié)果如下：工程步驟Vdss(v)Vth(v)Rdson(mΩ)Vfsd(v)考核前653.73.145050.891HTRB考核后655.33.135080.887考核后-考核前1.6-0.013-0.004考核前654.83.1675100.889HTRG考核后〔良品〕655.83.1695090.886考核后-考核前1.00.002-1-0.003HTGB12#3#IsgsHTGB、HTRB考核后無明顯變化，電參數(shù)穩(wěn)定。依據(jù)考核的判別標準，80只考核失1只，考核結(jié)論是合格。結(jié)論：常量產(chǎn)批；2、VTH、BVDSS、RDSON、IDSS、ISGS五項參數(shù)比照無差異，兩種工藝具有可比性。3801只，考核通過。三批量比照測成品率全都、參數(shù)中心值全都。POCL3多晶注磷、試驗方案及成品率如下表所示：POCL3多晶注磷ProdcutLOTWaferIDEquipmentYieldMCS5A6012ADL15163M1~24#POCL多晶摻雜381.74%MCS5A6502ADL15039M1~24#POCL多晶摻雜394.9%MCS5A6005ADL14709M1~24#POCL多晶摻雜396.89%MCS5A6012ADL15020M1~24#多晶注磷81.89%MCS5A6005ADL14707M1~24#多晶注磷96.69%MCS5A6502ADL15040M1~24#多晶注磷94.85%100.00%95.00%90.00%85.00%80.00%75.00%70.00%123、VTH、BVDSS、RDSON、IDSS、ISGS五項參數(shù)比照無差異，兩種工藝具有可比性。POCL3多晶摻雜分析報告-三批量十批量驗證測成品率全都、參數(shù)中心值全都。MCS5A6005ADL15110M1~24#96.34%MCS5A6005ADL15110M1~24#96.34%POCL多晶摻雜3ProdcutLOTWaferIDYieldEquipmentDL15018M1~24#87.08%POCL多晶摻雜3DL15048M1~24#65.82%POCL多晶摻雜3MCS5A6012ADL15204M1~24#88.92%POCL多晶摻雜3DL15190M1~24#85.67%POCL多晶摻雜3DL15020M1~24#81.89%POCL多晶摻雜3MCS5A6012ADL15189M1~24#84.56%多晶注磷DL14729M1~24#96.5%POCL多晶摻雜3DL15077M1~24#95.05%POCL多晶摻雜3DL14731M1~24#89.81%POCL多晶摻雜3MCS5A6005ADL15076M1~24#93.7%多晶注磷MCS5A60007ADL15042M1~24#95.72%POCL多晶摻雜3MCS5A60007ADL15024M1~24#95.82%多晶注磷中測成品率比照，兩種多晶摻雜工藝在成品率上差異不大，101批成品率低于正常水平值，中測失效表現(xiàn)出為ISGS失效，與多晶摻雜這一工序相關(guān)，可能是由于POCL3后處理不準時造成，其余批次成品率具有可比性。2VTBVDSRDSON、IDS、ISGS五項參數(shù)比照無差異，兩種工藝具有可比性。POCL3多晶摻雜分析報告-十批量〔四〕POCL3摻雜后處理拉偏試驗在線上抽取一批MCS5A6012A-DL1858