半导体制造工艺第1章绪论.ppt

1.5　半导体制造企业 (1)设计/制造企业　许多企业都集合了芯片设计和芯片制造，从芯片的前端设计到后端加工都在企业内部完成。(2)代工企业 　在芯片制造业中，有一类特殊的企业，专门为其他芯片设计企业制造芯片，这类企业称为晶圆代工厂。 1.6　基本的半导体材料 1.6.1　硅——最常见的半导体材料 　　20世纪50年代初期以前，锗是半导体工业应用得最普遍的材料之一，但因为其禁带宽度较小（仅为0．66eV），使得锗半导体的工作温度仅能达到90℃（因为在高温时，漏电流相当高）。锗的另一个严重缺点是无法在其表面形成一稳定的且对掺杂杂质呈钝化性的氧化层，如二氧化锗（GeO2）为水溶性，且会在800℃左右的温度自然分解。相比而言，硅的禁带宽度较大（1．12eV），硅半导体的工作温度可以高达200℃。硅片表面可以氧化出稳定且对掺杂杂质有极好阻挡作用的氧化层（SiO2），这个特性使得硅在半导体的应用上远优于锗，因为氧化层可以被用在基本的集成电路结构中。 1.6　基本的半导体材料 1980年以后半导体界曾对GaAs的应用产生极高的期待，这是因为GaAs具有更高的电子迁移率，而且具有直接禁带宽度，但因为高品质及大尺寸的GaAs不易获得，所以终究无法取代硅单晶材料在半导体业的地位。(1)硅的丰裕度　硅是地球上第二丰富的元素，占到地壳成分的25%，经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度，而消耗的成本比较低。(2)更高的熔化温度允许更宽的工艺容限　硅的熔点是1412℃，远高于锗937℃的熔点，更高的熔点使得硅可以承受高温工艺。(3)更宽的工作温度范围　用硅制造的半导体器件可以工作在比锗制造的半导体器件更宽的温度范围，增加了半导体器件的应用范围和可靠性。 1.6　基本的半导体材料 (4)氧化硅的自然生成　硅表面有能够自然生长氧化硅(SiO2)的能力，SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污。 图1-23　纯硅的Si原子共价键示意图 1.6　基本的半导体材料 图1-24　硅的电阻率随掺杂浓度的变化 1.6　基本的半导体材料 1.6.2　半导体级硅 　　对用来做芯片的硅片要求有很高的纯度，还要求其原子级的微缺陷减小到最小，这些缺陷对半导体性能是非常有害的，还要求硅片具有想要的晶向、适量的掺杂浓度。用来做芯片的纯硅被称为半导体级硅，是从天然硅中提炼出的多晶硅。多晶硅经过拉单晶制成单晶硅，芯片就是制作在这种很高纯度并具有一定的掺杂浓度和一定的晶向的单晶硅硅片上。 1.6　基本的半导体材料 1.6.3　单晶硅生长 　　半导体级硅是多晶硅，半导体芯片加工需要纯净的单晶硅结构，这是因为单晶硅具有重复的晶胞结构，能够提供制作工艺和器件性能所要求的电学和机械性能。晶体缺陷就是在重复排列的晶胞结构中出现的任何中断。晶体缺陷会影响半导体的电学性能，包括二氧化硅介质击穿和产生漏电流等。随着器件尺寸的缩小，更多的晶体管集成在一块芯片上，缺陷出现在芯片敏感区域的可能性就会增加，这样就会使IC器件的成品率受到影响。要将多晶硅转换成单晶硅有两种技术，它们是直拉法即Czochralski(CZ)法和区熔法。(1)直拉法　直拉法生长单晶硅是将熔化了的半导体级多晶硅变成有正确晶向并被掺杂成N型或P型的固体硅锭。 1.6　基本的半导体材料 图1-25　CZ法拉单晶炉示意图 1.6　基本的半导体材料 图1-26　用CZ法生长的硅锭 1.6　基本的半导体材料 (2)区熔法　区熔法是另一种单晶生长方法，它所生产的单晶硅中含氧量非常少，能生产目前为止最纯的单晶硅。 图1-27　区熔法单晶生长设备示意图 1.6　基本的半导体材料 图1-28　硅片加工制备的基本流程 1.6　基本的半导体材料 1.6.4　其他半导体材料 集成电路的关键性能指标是速度。无线和高速数字通信、空间应用和汽车工业的消费市场，正孕育着特殊的半导体市场。市场对集成电路性能的要求超越了硅半导体产品的承受能力，这就推动了其他半导体材料的发展。 1.7　半导体制造中使用的化学品 1.液态化学品的主要特征及其输送 表1-3　半导体制造过程中常用的酸 1.7　半导体制造中使用的化学品 表1-4　半导体制造过程中常用的碱 表1-5　半导体制造过程中常用的溶剂 1.7　半导体制造中使用的化学品 2.气态化学品的主要特征及其输送 图1-29　特种气体钢瓶 1.7　半导体制造中使用的化学品 表1-6　半导体制造中常用的通用气体 1.7　半导体制造中使用的化学品 表1-6　半导体制造中常用的通用气体 1.7　半导体制造中使用的化学品 表1-7　半导体制造中常用的特种气体 1.7　半导体制造中使用的化学品 3.等离子体 等离子体，又叫做电浆，是被电离后的气体，即以离子态形式存在的气体