CN103258736B - 双极型集成电路制造工艺中表面钝化的专用设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双极型集成电路制造工艺中表面钝化的专用设备及方法。所述的专用设备设有高温反应室、自动启闭装置、压力计、压力传感开关、排气管道阱、气体分配控制阀以及高温加热炉与三区温度控制器等;所述的方法包括如下步骤：a).首先将装有需要钝化芯片的石英舟，放入高温反应室中恒温区，气体输入是通过高温反应炉前端设的自动启闭装置送入高温反应室中，启动高温加热炉三区温控器进行三区控温；b).控制系统工艺为温度425℃、压强300毫乇，淀积速率在20nm/min，工艺控制钝化膜中含磷量为4wt％±5％;c).本发明磷硅玻璃钝化膜SiO2-PSG-SiO2在所述的生长条件下厚度为：150nm：700nm：150nm。

Description

双极型集成电路制造工艺中表面钝化的专用设备及方法
技术领域
本发明涉及一种双极型集成电路制造工艺中表面钝化的专用设备及方法。
背景技术
为了有效提高半导体器的可靠性和稳定性，必须对器件表面采用有效保护措施即表面钝化技术,在半导体工艺中,常应用磷硅玻璃作为半导体器件的钝化膜，磷硅玻璃是由二氧化硅和五氧化二磷按不同组份比混合的玻璃体，简称PSG，它是一种性能优良的钝化膜。但在双极型集成电路制造工艺中常规采用的磷硅玻璃作为钝化膜经常出现钝化后横向pnp管的放大倍数会变小很多等问题。因此有必要加以改进。
发明内容
本发明的任务是提供一种双极型集成电路制造工艺中表面钝化方法,为此，同时相应提供与之对应的专用设备—用于双极型集成电路制造工艺中表面钝化方法的专用设备。本发明的任务是由如下技术方案来实现的:
一、本发明的用于双极型集成电路制造工艺中表面钝化方法的专用设备设有高温反应室、自动启闭装置（即装取片端）、压力计、压力传感开关、排气管道阱、气体分配控制阀以及高温加热炉与三区温度控制器等;高温反应室前端设有自动启闭装置；高温反应室前端与气体分配控制阀相连通，气体分配控制阀与气体源及程序控制器相连接，高温反应室的前部设有压力计、高温反应室外为设有三区温度控制器的高温加热炉，高温反应室的后部设有压力传感开关,高温反应室的后部与排气管道前部相连通,管道中设有排气管道阱，管道后部与阀相连,阀后部管道与机械泵相连，机械泵出口设有油过滤器,在阀与机械泵之间装一个变速马达带动的增压泵，变速马达与压力传感开关相连接,由压力传感开关控制。
二、用上述专用设备进行双极型集成电路制造工艺中表面钝化的方法，所述的方法包括如下步骤：
1.首先将装有需要钝化芯片（即硅晶园片）的石英舟放入高温炉中的恒温区，气体输入是通过高温反应室前端设的自动启闭装置送入高温反应室中，启动三区温控器6进行三区控温，（精度为±0.5℃）。气体由O2和N2携带SiH4和PH3，控制气体分配控制阀5通和不通，PH3就可以得到所需的钝化膜（层）的SiO2-PSG-SiO2三层结构。
2.控制系统工艺为温度425℃、压强300毫乇（39990Pa）、淀积速率在20nm/min，工艺控制钝化膜中含磷量为4wt％±5％。
3.本发明磷硅玻璃钝化膜SiO2-PSG-SiO2在本实施例所述的生长条件下厚度为：150nm：700nm：150nm。
与现有其它技术比较:本发明具有如下的优点：
1、可适用所有的低压化学淀积LPCVD方法制备PSG钝化膜。
2、本发明工艺上容易操作，装片量大，生产效率高，成本低。
3、PSG钝化膜膜厚均匀，台阶复盖性好。也可适用于不同其它需要表面钝化的硅半导体器件，应用灵活。
本发明通过半导体表面钝化理论机理探索和多次试验提出和设计一种改进磷硅玻璃钝化工艺技术，既可解决常规工艺中出现横向晶体管放大倍数变小等问题，且工艺上又容易操作，实现了双极型集成电路表面钝化技术最优化，也可以推广应用到其它如制备双极型感应静电晶体管器件等，解决了半导体器件中钝化膜工艺难题。
附图说明
图1为本发明的用于双极型集成电路制造工艺中表面钝化方法的专用设备结构(切面)示意图。
具体实施方式
以下结合附图的具体实施例对本发明进一步说明。（但不是对本发明的限制）。
如图1所示,本发明的用于双极型集成电路制造工艺中表面钝化方法的专用设备设有高温反应室1、自动启闭装置8、压力计（传感器）2、压力传感开关3、排气管道阱4、气体分配控制阀5以及高温加热炉与三区温度控制器6等;高温反应室1前端设有自动启闭装置8(为装取石英舟及舟上硅片的部位—即装取片端)；高温反应室前端与气体分配控制阀5相连通，气体分配控制阀5与气体源及程序控制器10相连接，高温反应室的前部设有压力计（传感器）2、高温反应室外为设有三区温度控制器6的高温加热炉15，高温反应室的后部（输出端）设有压力传感开关3(含压力传感器及其控制的开关),高温反应室的后部与排气管道前部相连通,管道中设有阱部4，管道后部与阀7相连,阀7后部管道与抽气（排气）的机械泵12相连，机械泵出口设有油过滤器。在阀7与机械泵之间装一个变速马达带动的增压泵13，变速马达与压力传感开关3相连接,由压力传感开关3控制。
用上述专用设备进行双极型集成电路制造工艺中表面钝化方法，所述的本发明的方法包括如下步骤：
1.首先将装有需要钝化芯片的石英舟放入处于高温加热炉恒温区中的反应室，气体输入是通过高温反应室前端设的自动启闭装置8--装取片端（装片端/取片端）送入高温反应室中，启动加热炉的三区温控器6进行三区控温，（精度为±0.5℃）。气体由O2和N2携带SiH4和PH3，控制气体分配控制阀5通和不通，PH3就可以得到所需的钝化膜（层）的SiO2-PSG-SiO2三层结构。
为避免因装片量或硅晶园片径的变化引起输入条件的改变，在气体输入端用第一压力计3测量系统的控制压力，当系统压力降至所预定压力时（如300毫乇=300×133.3Pa）开动增压泵控制系统维持所定压力。压力的控制不是通常那样用改变输入气体流速的方法来完成，而是通过改变抽气速率加以控制，压力传感开关当压力降到规定值时启动增压泵再经放置在外部的机械泵把气体排出，以控制反应器内压强。
2.控制系统工艺为温度425℃、压强300毫乇（39990Pa），淀积速率在20nm/min，工艺控制钝化膜中含磷量为4wt％±5％，既不会产生钝化膜的极化效应，膜应力能达到要求又能起很好的表面钝化保护作用，采用此技术双极型集成电路中横向pnp管的放大倍数β变化≤5％，且重复性很好。
3.本发明磷硅玻璃钝化膜SiO2-PSG-SiO2在本实施例所述的生长条件下厚度为：150nm：700nm：150nm。
若在同样工艺条件下钝化膜中含磷量为8wt％，则横向晶体管放大倍数β变化≥50％。
本发明技术解决确定磷的掺杂量的最佳量控制和膜厚控制两大关键问题，同时兼顾了淀积速率和膜应力问题。本发明采用常规的低压化学淀积(LPCVD)方法制备PSG钝化膜。包括淀积温度、压强、淀积时间、淀积速率以及磷的最佳掺杂量。本发明解决其常规采用的磷硅玻璃作为钝化膜，应用低压化学淀积设备和常规工艺中经常出现钝化后横向pnp管的放大倍数会变小等问题，保证了在实际双极集成电路制造工艺应用中。本发明根据我们的应用特点，有针对性地设计工艺条件并采用独有的工艺参数，使之成为可推广使用一种双极型集成电路表面钝化技术。
本发明技术己实现在4英寸双极型集成电路工艺线上稳定应用。
实验数据例
典型工艺条件如下：温度：T=425℃压强：300毫乇
8分钟：33分钟:8分钟:
O2R100O2R100O2R100
O2F100O2F100O2F100
SiH4R50SiH4R70SiH4R50
SiH4F50SiH4F70SiH4F50
N2DIL300N2DIL300N2DIL300
（注：R表示后、F表示前、DIL表示稀释，数字流量单位为毫升/分。其中前后同时通气体为保证均匀性）
在上述条件下测钝化膜中含磷量为6wt％，
合金后测横向pnp管最大倍数β为25-27
烘焙后测横向pnp管最大倍数β为22-25。

Claims (1)

1.采用专用设备进行双极型集成电路制造工艺中表面钝化的方法，其特征在于，所述的专用设备设有高温反应室、自动启闭装置、压力计、压力传感开关、排气管道阱、气体分配控制阀以及高温加热炉与三区温度控制器；高温反应室前端设有自动启闭装置；高温反应室前端与气体分配控制阀相连通，气体分配控制阀与气体源及程序控制器相连接，高温反应室的前部设有压力计、高温反应室外为设有三区温度控制器的高温加热炉，高温反应室的后部设有压力传感开关,高温反应室的后部与排气管道前部相连通,管道中设有排气管道阱，管道后部与阀相连,阀后部管道与机械泵相连，机械泵出口设有油过滤器,在阀与机械泵之间装一个变速马达带动的增压泵，变速马达与压力传感开关相连接,由压力传感开关控制，所述的方法包括如下步骤：
a.首先将装有需要钝化芯片的石英舟，放入高温反应室中恒温区，气体输入是通过高温反应炉前端设的自动启闭装置送入高温反应室中，启动高温加热炉三区温控器进行三区控温，精度为±0.5℃；气体由O2和N2携带SiH4和PH3，控制气体分配控制阀通和不通PH3可得到所需的钝化膜的SiO2-PSG-SiO2三层结构；
b.控制系统工艺为温度425℃、压强300毫乇，淀积速率在20nm/min，工艺控制钝化膜中含磷量为4wt％±5％；
c.磷硅玻璃钝化膜SiO2-PSG-SiO2在步骤b的生长条件下厚度为：150nm：700nm：150nm。
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