硅晶圓制造工藝.ppt

3 1硅晶圓的制備工藝 硅作為集成電路半導(dǎo)體材料的主要原因 1 硅含量豐富 占地殼27 2 硅提純和結(jié)晶方便 3 在常溫下它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 不溶于單一的強(qiáng)酸 4 硅的器件工作溫度高 能達(dá)250 5 硅的表面能形成牢固致密的SiO2膜 SiO2能充當(dāng)電容的電介質(zhì) 擴(kuò)散的隔離層 器件表面的保護(hù)層 使器件的穩(wěn)定性提高 1 多晶硅原料2 單晶硅制備3 切割4 研磨5 評估 硅晶圓的制備工藝主要分五個(gè)階段 粗硅 1 多晶硅原料 地球中硅以硅砂 SiO2 狀態(tài)存在 還原爐SiO2 s 十2C s Si s 十2CO g 純化 99 999999999 化學(xué)法 化學(xué)法純化 西門子式多晶硅工藝 鹽酸法 粗硅與干燥氯化氫在200 以上反應(yīng)Si十3HCl SiHCl3 L H2 g 實(shí)際反應(yīng)極復(fù)雜 精餾 將SiHCl3置于蒸餾塔中利用雜質(zhì)和SiHCl3沸點(diǎn)不同用精餾的方法分離提純 反應(yīng)得到的多晶Si還不能直接用于生產(chǎn)電子元器件 必須將它制成單晶體 分解 將精餾過的SiHCl3置于CVD反應(yīng)爐中用高純氫氣還原得到多晶硅SiHCl3十H2 Si十3HCl 直拉法 Czochralski法 單晶生長晶體主流生長技術(shù) 2 單晶硅制備 晶體和坩鍋彼此是相互反向運(yùn)動 引晶 通過電阻加熱 將裝在石英坩堝中的多晶硅熔化 并保持略高于硅熔點(diǎn)的溫度 2 將籽晶浸入熔體 然后以一定速度向上提拉籽晶并同時(shí)旋轉(zhuǎn)引出晶體 直拉法基本過程 3 等徑生長 根據(jù)熔體和單晶爐情況 控制晶體等徑生長到所需長度 4 收尾 直徑逐漸縮小 離開熔體 5 降溫 降級溫度 取出晶體 待后續(xù)加工 晶體生長最大速度 與晶體中的縱向溫度梯度 晶體的熱導(dǎo)率 晶體密度等有關(guān) 溫度梯度 提高晶體中的溫度梯度 可以提高晶體生長速度 但溫度梯度太大 將在晶體中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力 會導(dǎo)致位錯(cuò)等晶體缺陷的形成 甚至?xí)咕w產(chǎn)生裂紋 熔體中的對流 晶體和坩鍋彼此是相互反向運(yùn)動 相反旋轉(zhuǎn)的晶體和坩堝產(chǎn)生對流 反向旋轉(zhuǎn)速度相差越大 對流強(qiáng)烈 所生長的晶體的直徑越大 但對流越強(qiáng)烈 會造成熔體中溫度波動 從而導(dǎo)致晶體中的雜質(zhì)分布不均勻 晶體的轉(zhuǎn)動速度一般比坩鍋快1 3倍 有利于在固液界面下方形成一個(gè)相對穩(wěn)定的區(qū)域 有利于晶體穩(wěn)定生長 一支85公分長 重76 6公斤的8寸硅晶棒 約需2天半時(shí)間長成 4