第四章硅和硅片制備課件

第四章硅和硅片制備集成電路工藝第四章硅和硅片制備集成電路工藝第四章硅和硅片制備29/29/2023集成電路工藝內(nèi)容提要4.1

晶體結(jié)構(gòu)4.2

半導(dǎo)體級(jí)硅4.3

單晶硅生長(zhǎng)4.4

硅中的晶體缺陷4.5

硅片制備4.6

質(zhì)量測(cè)量4.7

外延第四章硅和硅片制備39/29/2023集成電路工藝4.1

晶體結(jié)構(gòu)物質(zhì)的形態(tài)：無(wú)定型（非晶）Amorphous——沒(méi)有重復(fù)結(jié)構(gòu)多晶Polycrystalline——晶胞不是有規(guī)律地排列單晶Singlecrystal(monocrystal)——在長(zhǎng)程范圍內(nèi)原子都在三維空間中保持有序且重復(fù)的結(jié)構(gòu)；晶胞在三維方向上整齊地重復(fù)排列第四章硅和硅片制備AmorphousStructure410/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備Polycrystalline

Structure510/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備Single

Crystal

Structure610/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備硅晶格的元胞710/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備晶面的密勒指數(shù)810/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備4.2

半導(dǎo)體級(jí)硅910/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備西門(mén)子工藝用來(lái)做芯片的高純硅稱(chēng)為半導(dǎo)體級(jí)硅(semiconductor-grade

silicon,

SGS)或電子級(jí)硅。西門(mén)子工藝：用碳加熱硅石來(lái)制備冶金級(jí)硅SiC(s)+SiO2(s)

Si(l)+SIO(g)+CO(g)將冶金級(jí)硅提純以生成三氯硅烷Si(s)+3HCl(g)

SiHCl3(g)+H2(g)＋加熱通過(guò)三氯硅烷和氫氣反應(yīng)來(lái)生成SGSSiHCl3(g)+H2(g)

Si(s)+3HCl(g)1010/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備4.3

單晶硅生長(zhǎng)把多晶塊轉(zhuǎn)變成一個(gè)大單晶，并給予正確的定向和適量的N型或

P型摻雜，叫做晶體生長(zhǎng)。直拉法(Czochralski)區(qū)熔法液體掩蓋直拉法1110/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備直拉法（CZ法）特點(diǎn)：工藝成熟，能較好地拉制低位錯(cuò)、大直徑的硅單晶。缺點(diǎn)：難以避免來(lái)自石英坩堝和加熱裝置的雜質(zhì)污染。1210/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備1310/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備1410/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備區(qū)熔法主要用來(lái)生長(zhǎng)低氧含量的晶體，但不能生長(zhǎng)大直徑的單晶，并且晶體有較高的位錯(cuò)密度。這種工藝生長(zhǎng)的單晶主要使用在高功率的晶閘管和整流器上1510/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備1610/2/2023集成電路工藝兩種方法的比較直拉法更普遍，更便宜，可加工大晶圓尺寸（如300mm），材料可重復(fù)使用區(qū)熔法可制備更純的單晶硅（因?yàn)闆](méi)坩鍋），但成本高，可制備的晶圓尺寸?。s150mm)。主要用于功率器件。第四章硅和硅片制備液體掩蓋直拉法此方法主要用來(lái)生長(zhǎng)砷化鎵晶體，和標(biāo)準(zhǔn)的直拉法一樣，只是做了一些改進(jìn)。由于熔融物里砷的揮發(fā)性通常采用一層氧化硼漂浮在熔融物上來(lái)抑制砷的揮發(fā)。1710/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備1810/2/2023集成電路工藝4.4

硅中的晶體缺陷晶體缺陷－crystal

defect缺陷密度－在每平方厘米硅片上產(chǎn)生的缺陷數(shù)目點(diǎn)缺陷：原子層面的局部缺陷位錯(cuò)：錯(cuò)位的晶胞層錯(cuò)：晶體結(jié)構(gòu)的缺陷第四章硅和硅片制備點(diǎn)缺陷1910/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備位錯(cuò)(Dislocation

Defects)在單晶中，晶胞形成重復(fù)性結(jié)構(gòu)。如果晶胞錯(cuò)位，稱(chēng)為位錯(cuò)。2010/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備2110/2/2023集成電路工藝層錯(cuò)層錯(cuò)與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，經(jīng)常發(fā)生在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中?；疲貉刂粋€(gè)或更多的平面發(fā)生滑移孿生平面：在一個(gè)平面上，晶體沿著兩個(gè)不同的方向生長(zhǎng)第四章硅和硅片制備2210/2/2023集成電路工藝4.5

硅片制備整型處理切片磨片和倒角刻蝕拋光清洗硅片評(píng)估包裝第四章硅和硅片制備整型處理去掉兩端徑向研磨硅片定位或定位槽2310/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備2410/2/2023集成電路工藝切片切片是用帶有金剛石切割邊緣的內(nèi)圓切割機(jī)來(lái)完成的對(duì)300mm的硅片，目前都采用線鋸來(lái)切片的。第四章硅和硅片制備磨片和倒角雙面的機(jī)械磨片以去除切片時(shí)留下的損傷，達(dá)到硅片兩面高度的平行及平坦。硅片邊緣拋光修正——倒角。2510/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備2610/2/2023集成電路工藝刻蝕為了消除硅片表面的損傷，進(jìn)行硅片刻蝕。硅片刻蝕是利用化學(xué)刻蝕選擇性去除表面物質(zhì)的過(guò)程。腐蝕掉硅片表面約20微米的硅。第四章硅和硅片制備化學(xué)機(jī)械拋光（ChemicalMechanical

Polishing）2710/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備2810/2/2023集成電路工藝后續(xù)步驟清洗硅片評(píng)估包裝第四章硅和硅片制備2910/2/2023集成電路工藝4.6

質(zhì)量測(cè)量物理尺寸平整度微粗糙度氧含量晶體缺陷顆粒體電阻率第四章硅和硅片制備3010/2/2023集成電路工藝4.7

外延外延(epitaxial)：與襯底有相同的晶體結(jié)構(gòu)用作雙級(jí)晶體管中阻擋層，可減少集電極電阻同時(shí)保持高的擊穿電壓；用在CMOS和DRAM中可改進(jìn)器件性能，因?yàn)橥庋訉泳哂械偷难?、碳含量。第四章硅和硅片制備雙級(jí)晶體管中外延層3110/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片制備CMOS中外延層3210/2/2023集成電路工藝第四章硅和硅片