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集成电路基本制造技术.
第3章 习题及参考答案
集成电路基本制造技术是那些?硅片制造中要注意那些问题?其主要的工艺步骤是那些?
集成电路制造技术,包括硅材料、薄膜制备、外延、氧化、掺杂、淀积、掩模制造、光刻、切割、封装等技术。
随着单晶硅园片直径越来越大,制造集成电路会出现以下问题:
(1) 硅片电参数径向均匀性质差:在大直径单晶发展过程中,结晶前经受熔硅波动的影响较难保持稳定。
(2) 硅片平整度的问题:大直径硅片在应力作用下容易翘曲。
(3)采用低温加工环境:为了防止因杂质原子的扩散引起结构的退化,在集成电路制造过程中应尽量降低加工温度,如果加工环境温度过高会加速缺陷的产生和重构,因此为了抑制硅片中工艺诱发缺陷的产生,也应当尽可能用低温加工环境进行制造。
其主要的工艺步骤:
1.单晶生长:用直拉法生长单晶的装置是拉晶炉或单晶炉。
2.拉晶过程可以分为:
(1) 熔硅,熔硅需要一定的时间,熔融硅中掺入杂质挥发量大,故坩埚熔化也严重,坩埚位置调节很重要。需严格控制熔硅过程。
(2) 引晶,将籽晶与熔硅接触,若熔硅温度合适熔硅很快浸润籽晶,并沿籽晶垂直攀缘而上,籽晶与熔硅长时间接触,既不会进一步熔化,也不会生长。
(3) 收颈,观察弯曲面形状,如果适当,就开始将籽晶慢慢向上提拉。形成细而长的颈部,有利于抑制错位从籽晶向颈部以下晶体延伸。
(4) 放肩,根据引颈时的温度变化,随时测量直径,保持温度稳定,尽可能长成平肩。
(5) 收肩(转肩)。当肩部直径约比需要的单晶直径小3~5mm时,将提拉速度提高,使直径增长速度降低,保持熔硅液面始终在相对固定的位置上。
(6) 等径生长,当直径达到要求后,在自动控制下开始等直径生长。
(7) 收尾,当坩埚中剩量达到控制下限时,逐渐升温使尾部生长成形。
3. 硅片制备
从单晶硅锭到硅片抛光需要经过多次机械加工和化学腐蚀,表面抛光以及清洗,检测和若干其他辅助工艺。其主要工艺如下:
(1)晶向测定
在籽晶切割,定位面研磨和切片操作之前,需要进行定向,使晶向及其偏差范围符合工艺规范要求,用X射线衍射定向法测定。
(2)机械加工
单晶硅外形整理,切割分段,外圆滚磨和定位面研磨等,然后进行切片。对于大直径单晶硅,应使用带式切割机切断。
(3)切片
切片是硅片制备中重要工序,其四个重要工艺参数,即晶向、原度、平行度、翘度。将单晶硅锭经清洗后在切割机上切片,经常注意切片质量,不符合质量要求修正刀片。在切片过程中,可能出现划伤,或表面有裂缝。
什麽是外延技术?常用的外延技术有几种?它们主要的技术要点是什么?
在单晶硅衬底上生长一层新薄层单晶的技术,称为外延生长。外延方法很多,硅半导体器件与集成电路中通常采用硅气相外延法。
具体方法有:
1.四氯化硅氢还原法,这种方法是目前生产中采用的主要方法。其优点是SiCl4易于纯化,操作安全,对其生长规律也比较了解。但是,由于它要求高的反应温度,同时存在可逆化学反应,引起了显著的杂质扩散与自掺杂效应,因而难以控制外延层的杂质分布,也无法制造杂质分布突变的p-n结。所以当要求薄至1~2μm的外延层,且对图形的漂移与畸变有更苛刻的要求的,此种方法就不适用了。
2.硅烷热分解法外延,硅烷热分解法是在较低的分解温度下,分解出硅原子淀积在衬底上,其反应为:
600℃
SiH4 ===== Si + 2H2
反应中不存在对杂质起输送作用的氯离子,因而有利于克服杂质的扩散与自掺杂效应,从而能获得杂质分布可控的薄外延层与较徒的杂质分布。此外,硅烷外延时基本上不存在图形漂移与畸变现象。
叙述氧化工艺的特点及二氧化硅的结构和性质。
氧化工艺是集成电路制造中的基本工艺。为满足集成电路制造的要求,出现了制备二氧化硅膜的多种方法。如高温热氧化,化学气相淀积、阴极溅射,真空蒸发,外延淀积,阴极氧化等等。其中高温热氧化应用最广泛,至今仍然是集成电路制造中二氧化硅膜形成的最主要方法。生长的氧化层主要作用是对硅的表面保护,作为离子注入和扩散的掩膜;电介质薄膜;衬底和其他材料之间的界面层。
二氧化硅薄膜具有无定形玻璃状结构。这种结构的基本单元是一个由Si—O原子组成的正四面体.硅原子位于正四面体的中心,氧原子位于四个顶角,两个相邻的四面体通过一个桥键氧原子连接起来,构成无规则排列的三维网络结构。无定形二氧化硅膜不同于石英晶体,从整体来看二氧化硅膜,原子排列是混乱的,不规则的,即所谓“长程无序”。而从局部看,原子排列并非完全杂乱,而是有一定规则,既所谓“短程有序”二氧化硅膜并不完全由杂乱的网络组成,相当短的有序区域是存在的。
二氧化硅膜的性质与杂质的引入有很大关系,如作为绝缘体的二氧化硅,其导电率一般为10-6~10-20W-2cm-2,但掺入某些杂质后可变成半导电的或导电的玻璃。二氧化硅的腐蚀速度,熔化温度等
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