硅晶圆制造工艺课件.ppt

1、硅作为集成电路半导体材料的主要原因：硅作为集成电路半导体材料的主要原因：1.硅含量丰富（占地壳硅含量丰富（占地壳27%）；）；2.硅提纯和结晶方便；硅提纯和结晶方便；3.在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一在常温下它的化学性质稳定，不溶于单一 的强酸的强酸;4.硅的器件工作温度高，能达硅的器件工作温度高，能达250；5.硅的表面能形成硅的表面能形成 牢固致密的牢固致密的SiO2膜，膜，SiO2 能充当电容的电介质、扩散的隔离层、器能充当电容的电介质、扩散的隔离层、器 件表面的保护层，使器件的稳定性提高。件表面的保护层，使器件的稳定性提高。1.多晶硅原料 2.单晶硅制备 3.切割 4.研磨 5.

2、评估硅晶圆的制备工艺主要分五个阶段：硅晶圆的制备工艺主要分五个阶段：粗粗 硅硅 1.多晶硅原料地球中硅以硅砂（地球中硅以硅砂（SiO2）状态存在）状态存在还原炉还原炉SiO2(s)十十2C(s)Si(s)十十2CO(g)纯纯 化化(99.999999999%)化学法化学法化学法纯化化学法纯化西西门门子子式式多多晶晶硅硅工工艺艺盐酸法：粗硅与干燥氯化氢在200以上反应 Si十十3HCl=SiHCl3（L）+H2（g）（实际反应极复杂）（实际反应极复杂）精馏：将SiHCl3置于蒸馏塔中 利用杂质和利用杂质和SiHCl3沸点不同用精馏的方法分离提纯沸点不同用精馏的方法分离提纯反应得到的多晶反应得到的

3、多晶Si还不能直接用于生产电子元器件，必还不能直接用于生产电子元器件，必须将它制成单晶体须将它制成单晶体分解：将精馏过的SiHCl3置于CVD反应炉中 用高纯氢气还原得到多晶硅用高纯氢气还原得到多晶硅 SiHCl3十十H2=Si十十3HCl直拉法（直拉法（Czochralski法）单晶生长法）单晶生长晶体主流生长技术晶体主流生长技术2.单晶硅制备晶体和坩锅彼此是相互反向运动：晶体和坩锅彼此是相互反向运动：熔融的单晶硅 籽晶旋转低温一定晶向的硅柱引晶：引晶：通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化通过电阻加热，将装在石英坩埚中的多晶硅熔化，并保，并保 持略高于硅熔点的温度持略高于硅熔点的温度;

4、2.将籽晶浸入熔体将籽晶浸入熔体，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时，然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体；旋转引出晶体；直拉法基本过程直拉法基本过程 3.3.等径生长：等径生长：根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长根据熔体和单晶炉情况，控制晶体等径生长 到所需长度；到所需长度；4.收尾：收尾：直径逐渐缩小，离开熔体；直径逐渐缩小，离开熔体；5.降温：降温：降级温度，取出晶体，待后续加工降级温度，取出晶体，待后续加工。晶体生长最大速度：晶体生长最大速度：与晶体中的与晶体中的纵向温度梯度纵向温度梯度、晶体的热导率晶体的热导率、晶体密度晶体密度等有关。等有关。温度梯度：温度梯度：提高晶体中

5、的温度梯度，可以提高晶体生长速度；提高晶体中的温度梯度，可以提高晶体生长速度；但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等但温度梯度太大，将在晶体中产生较大的热应力，会导致位错等晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。晶体缺陷的形成，甚至会使晶体产生裂纹。熔体中的对流：熔体中的对流：晶体和坩锅彼此是相互反向运动。晶体和坩锅彼此是相互反向运动。相反相反旋转的晶体和坩埚产生对流，反向旋转旋转的晶体和坩埚产生对流，反向旋转速度相差越大，对流强烈，所生长的晶速度相差越大，对流强烈，所生长的晶体的直径越大。但对流越强烈，会造成体的直径越大。但对流越强烈，会造成熔体中温度波动，从而导致晶体中的杂熔体中温度波动，从而导致晶体中的杂质分布不均匀。质分布不均匀。晶体的转动速度一般比坩锅快晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍，有利于在固液界面倍，有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。下方形成一个相对稳定的区域，有利于晶体稳定生长。一支一支85公分长，重公分长，重76.6公斤的公斤的 8寸寸 硅晶棒，约需硅晶棒，约需 2天半时间长成。天半时间长成。4.研磨 用甘油和三氧化铝的混合液研磨用甘油和三氧化铝的混合液研磨抛光抛光3.切割5.晶片评估厚度、缺陷厚度、缺陷不同尺寸圆片的生命周期