第四章 扩散
第一节、扩散简介
1.1工序位置
1.2 扩散目的：形成PN结即在P型衬底上扩散N型杂质磷形成PN结，达到合适的掺杂浓度和方块电阻。
1.3 PN结：如果在纯净的硅晶体中掺入少量的5价杂质磷，由于磷原子具有5个价电子，所以1个磷原子同相邻的4个硅原子结成共价键时，还多余1个价电子，这个价电子很容易挣脱磷原子核的吸引而变成自由电子。 所以一个掺入5价杂质的4价半导体，就成了电子导电类型的半导体，也称为n型半导体。同样如果在纯净的硅晶体中掺入3价杂质，如硼，这些3价杂质原子的最外层只有3个价电子，当它与相邻的硅原子形成共价键时，还缺少1个价电子，因而在一个共价键上要出现一个空穴，因此掺入3价杂质的4价半导体，也称为p型半导体。 对于p型半导体，空穴是多数载流子，而电子为少数载流子。若将p型半导体和n型半导体两者紧密结合，联成一体时，由导电类型相反的两块半导体之间的过渡区域，称为 p-n 结。
1.4扩散原理：扩散就是在P型硅片中掺入磷原子形成N型半导体，从而形成PN结反应方程式：POCl3在高温下分解生成五氯化磷（PCl5）和五氧化二磷（P2O5）
有氧气的存在时，POCl3热分解
POCl3+O2=P2O5+Cl2
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子
第二节、扩散设备工艺简介
2.1扩散设备：
2.1.1内部构成：德国Centrotherm公司的管式扩散炉。①CMI-Loading box ②带有TGA的抽排系统 ③tube heating and control ④Gas cabinet 。
2.1.2扩散基本操作：
①检查“Slider”是否在上料位置，若不在，手动状态下移到上料处：“Manual/Slider/to port”。
②把插好硅片的舟放到“slider”上。尽量使舟在“slider”中间位置。
③在“Setup”界面选择“Boat”项，选择一个舟号，进行工艺信息编辑。
④选择确定后，进入“boat activation”界面，点选“Set boat active for handling”、 “Set boat to ‘Ready for processing’和‘Boat will be removed for unload’”复选框,再点击“Next”按钮。
⑤进入“Handling information”界面，把舟上的编号输入到“Boat ID”一栏，同时选择Load position为“Slider”，再点击“Next”按钮。
⑥进入“Process tube selection”界面，选择需运行工艺的管号，在正常情况下1-4管全部选中，再点击“Next”按钮。
⑦进入“Boat information”界面， 在Actual boat location位置选择“Slider”，在Boat state位置选择“Wait for tube”，再点击“Next”按钮。
⑧进入“Process information”界面，选择相应的运行工艺名，在“Lots in boat”中输入相关舟的信息，再点击“Finish”按钮
⑨进入“Summary”界面，显示8步输入的信息，核对无误后，点击“OK”，信息输入完成。
⑩在“Job”页面点击 “Run” 按钮，回到自动运行状态。机械手自动送舟到SiC桨上，开始运行工艺。
2.1.3常见设备报警处理：
⑴ 生产人员正确设置信息点击运行后，机械手运行到store1位置不动作，且没有报警信息：
1 进入system-handling界面，查看paddle、tube状态是否正确。
2 进入相应的system-tube界面，查看position、SLS、TGA状态是否正确。
⑵ 退舟失败：
1 入相应的system-tube界面，依次点击service-recovery-handling，观察桨是否动作，并将桨的设定位置设为零位。
2 动作，一定要注意观察石英舟是否全部在桨上，完全退出后不要自动运行，手动将舟取下。
3 仍旧不动作，呼叫设备人员。
⑶ 机械手不动作：
1 进入system-handling界面，查看机械手是否在零位，机械手不再零位，进入设备权限对机械手进行复位。
2 复位后仍不动作，呼叫设备人员。
⑷ 酸排热排报警：
1 进入SYSTEM-CMS界面，查看酸排和热排值，调节酸排、热排阀门，使其恢复到正常范围
2 若酸排或热排报警时示数为零，呼叫设备人员，并由其联系外围。
⑸ 方阻过大，且工艺运行过程中无报警：
1 查看磷源瓶是否打开及有无磷源。
2 若磷源正常，报修设备人员。
2.2扩散工艺：
2.2.1扩散工艺
流程
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2.2.2影响扩散工艺的因素
1 温区的温度：
温度每升高或降低，硅片的阻值降低或升高。
2 N2量：
对硅片的一致性的影响以及炉管内气体浓度的影响。
3 炉管内的压力：
对硅片的一致性以及炉管内气体的流速有影响。
4 O2量和POCI3量：
因为在这工艺的反应中最主要的就是O2和POCI3，所以它们的 流量会直接影响到硅片的阻值。
5 片源电阻率：
电阻率越高，方阻越高；反之，则方阻越低。
2.2.3 影响扩散的因素
1 炉管内杂质源的浓度
管内气体中杂质源浓度的大小决定着硅片N型区域磷浓度的大小。但是沉积在硅片
表
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面的杂质源达到一定程度时，将对N型区域的磷浓度改变影响不大。
2 扩散温度
扩散温度对扩散结深影响较大。
3 扩散时间
扩散时间对扩散结深影响较大。
N型区域磷浓度和扩散结深共同决定着方块电阻的大小。
第三节、扩散操作流程
基本流程：取片 → 插片 → 上舟 → 扩散 → 设置→ 填写流程单→下舟→测方阻→ 卸片→送料
3.1 扩散插片
1 取片：两人抬起空石英舟将其放在插片台中央；从货架上取1单硅片及对应的流程单，确认流程单上标明的硅片数量是否与花篮中的数量一致，并确认制绒酸洗工序完成时间是否超过1小时（若超过1小时，要求制绒酸洗工序重洗）；左手食指与拇指抓住花篮左下角，右手食指与拇指抓住花篮右上角，如图一所示，将大花篮放置在石英舟与操作员中间，如图二所示。
图三
图二
图一
2 插片：用聚四氟乙烯镊子从花篮中夹取硅片（用镊子夹取硅片时，镊子最多夹到距离硅片上边缘1cm的位置），如图三所示；按照由右向左的顺序依次将硅片插入石英舟槽中，轻拿轻放，减少硅片与石英舟的碰撞，插完一单，空两个槽再插另一单，石英舟的两端各插5片假片，以起到挡板的作用。
3 填写流程单：按照要求在扩散对应位置如实填写来料时间、所进炉管号、操作者等各项内容。
3.2扩散上、下舟
3.2.1扩散一线上、下舟
1 准备与检查：上舟前，检查确认插片完成、石英舟插满，石英舟炉口炉尾方向正确；下舟前，检查确认硅片冷却完毕。
2 上舟步骤：舟叉在端石英舟时要略微上翘15o（见图1）。按照由右向左的顺序一手拿一个舟叉，一次拿两个石英舟，从插片台端起依次放置于2#扩散炉石英舟架上（见图2）。要求石英舟放置整齐，石英舟上的硅片倾斜方向一致且略向炉尾方向倾斜。
图2
图1
3 下周步骤：舟叉在端石英舟时要略微上翘15o；工艺运行完毕且待硅片冷却完毕回到store1后，用舟叉按照由右向左的顺序从1#扩散炉石英舟架上端起（见图3）依次放置于插片台的石英舟托盘上面（见图4）；按照由左向右的顺序从2#扩散炉石英舟架上端起依次放置于插片台的石英舟托盘上面。要求石英舟放置整齐且石英舟上的硅片倾斜方向一致。
图4
图3
3.2.2扩散二线上、下舟
1 准备与检查：上舟前，检查确认插片完成、石英舟插满，石英舟炉口炉尾方向正确；下舟前，检查确认硅片冷却完毕。
2 上舟步骤：两人站立于插片桌的两侧，双手食指和中指勾稳石英舟两端支点，大拇指卡住石英舟，如图四、图五所示；
图五
图四
两人同时将石英舟抬离桌面，准备放在slider上开始运行工艺，如图六所示；将1#、2#插片桌上的石英舟分别抬到1#、2#扩散炉slider上方10cm处，炉口和炉尾同时放下，放置平稳后再将手松开，如图七所示。
图七
图六
3 下舟步骤：硅片冷却完毕回到slider后，炉口和炉尾同时抬起；两人缓慢移动，将石英舟抬到插片台放下，拿取石英舟动作同 [②]
3.3扩散卸片
1 放置花篮：将花篮放在需要卸的片子前面，确保花篮的箭头方向向右，将泡沫垫放到花篮内如图八；
图九
图八
2 卸片：用聚四氟乙烯镊子夹取一对已扩散好的片子，左手拿起左边的一片片子，底部反转180度（如图九），轻轻地放入花篮内第二槽内（扩散面与花篮上的箭头方向一致），紧接着将右手镊子中的另一片放入第一槽内（左右手也可同时放硅片），这样依次将每对片子卸入花篮中。重复以上动作直至将整批片子卸到花蓝里。拿起花篮，检查已卸完片子的扩散面与花篮箭头方向是否一致，并检查是否有崩边缺口；检查完毕，放在小推车上。
3 填写流程单：把流程单填好，将其夹到相对应的花篮之间。用小推车将硅片流入下工序
3.4扩撒测方阻
1 取片：将扩散完冷却好的片子，从炉口到炉尾（标记为红、橙、黄）依次抽取3片，如图十所示；将取出的片子一次放到方阻测量专用花篮的“LZ” “CZ” “GZ”位置，如图十一 所示。
图十一
图十
2 选择测量选项：选择测量WAFER SIZE项中的“150mm”档；选择“TYPE”选项的“N”档；选择“MEASUREMENT METHOD”中的“5PT”项。
3 测量：取出花篮H端的一片平放到测量盘中间（扩散面朝上），且要使片子的前后左右边与在花篮时的上下左右边相对应，如图十二 所示；盖上遮光盖，按下“START”按钮，开始测量；测量的同时将结果记录到linuopower扩散SPC
参数
转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应
记录表中 如图十三。
图十三
图十二
第四节、扩散安全及注意事项
4.1 扩散现场：
4.1.1扩散现场物品定位：垃圾桶放在标示线以内，垃圾桶在未使用时桶盖保持闭合状态如图1；工作台上物品都按要求放在黄线以内如图2；制绒来料、空花篮在货架上摆放整齐如图3 。
图3
图2
图1
4.1.2扩散现场卫生标准：扩散工作台保持清洁、要求无碎片残留，不准乱写乱画 如图4 ；地面保持无杂物、无脏污如图5 。
浙公网安备 33021202002483