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管式爐氣氛純度對半導體摻雜工藝重復性的影響機制

更新時間:2025-11-18      點擊次數:165
  在半導體器件制造中,管式爐常用于擴散摻雜(如B、P、As摻入Si片)。盡管工藝溫度與時間高度標準化,但批次間電學性能波動仍頻發,根源常在于保護/摻雜氣氛純度不足。本文以磷擴散工藝為例,系統分析O?、H?O等雜質對摻雜濃度與結深重復性的影響。
 
  實驗在N?載氣(標稱純度99.999%)中通入POCl?源,在850°C下擴散30分鐘。對比三組氣氛條件:
 
  Group A:未經純化的工業級N?(H?O<10 ppm,O?<5 ppm)
 
  Group B:經分子篩+銅催化劑純化(H?O<0.1 ppm,O?<0.05 ppm)

 


 
  Group C:疊加在線露點監測與反饋控制
 
  二次離子質譜(SIMS)顯示:Group A的P濃度分布離散度達±12%,且表面存在SiO?薄層(XPS證實);Group B重復性提升至±4%,結深一致性顯著改善。機理在于:微量H?O/O?會與POCl?反應生成P?O?沉積而非有效摻雜,同時氧化硅表面阻礙P原子擴散。
 
  更嚴重的是,雜質含量日波動(如氣瓶末期純度下降)導致“隱性漂移”,難以通過常規SPC發現。引入在線氣體分析儀后,Group C實現摻雜方阻R²>0.99的批次穩定性。
 
  本研究揭示:管式爐氣氛純度是半導體摻雜工藝的“隱形關鍵參數”,必須納入GMP級過程控制體系,建議配備多級純化+實時監測,以保障先進制程的良率與可靠性。
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