半导体制程技术导论chapter_4晶圆制造.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 单晶圆反应器 密封反应室, 氢气围绕 一主机可以有多个反应室 较大的晶圆尺寸(到 300 mm) 均匀的控制性较佳 * 加热灯管 热辐射 晶圆 石英窗口 反应物 反应物与副产品 石英举升支 架 单晶圆外延系统 * 外延制程,单晶圆外延系统 氢气冲洗清洁, 温度升高 外延薄膜成长 氢气冲洗,停止加热 晶圆卸除和再装载 用氯化氢清洁反应室 * 为何用氢冲洗 大部分氮气做为冲洗的气体 氮相当稳定且丰度高 超过摄氏1000?C,氮可以和硅反应 氮化硅在晶圆表面会影响外延硅沉积制程 因此氢气被用来吹除净化外延反应室 藉由与晶圆表面的污染物形成气态的氢化物来清洁晶圆表面 * 名称 氢 符号 H 原子序 1 原子量 1.00794 发现者 亨利?卡文第斯 发现地点 英格兰 发现日期 1766 名称来源 由希腊字hydro和genes，意指水的产生者 摩尔体积 11.42cm3 音速 1270m/sec 折射系数 1.00132 熔点 -258.99°C 沸点 -252.72°C 热传导系数 0.1805Wm-1K-1 氢元素的性质 * 外延层可能的缺陷 差排 表面成核造成堆栈错误 杂质微粒 尖凸物 由基片堆栈错误造成的堆栈错误 在S.M. Zse’s超大规模集成电路技術之后 基片 外延层 * 外延的未来趋势 大晶圆尺寸 单晶圆外延成长 降低外延成长的温度 超高真空(UHV,到 10-9 托) 选择性外延 * 摘要 硅的丰度高,价格便宜,强介电值和容易氧化成长. 100和 111晶向平面 查克洛斯基法和悬浮带区法，查克洛斯基法较常用 切片, 切边,研磨,蚀刻和化学机械研磨制程 * 摘要 外延:单晶体在单晶体之上 为双载体和高效能的CMOS, DRAM. 硅烷,二氯硅烷,三氯硅烷做为 硅源材料气体 B2H6 做为P-型硅 掺杂物 PH3 和AsH3 做为N-型硅掺杂物 批量和单晶圆外延系统 * 问题 列举得到半导体级硅的三个步骤。半导体硅有多纯？ 描述非晶材料。为什么这种硅不能用于硅片？ 定义晶胞。硅的晶胞是哪种类型？ 描述单晶、多晶。为什么要用单晶进行硅片制造？ 画出(100)、(110)、(111)、(112)三个平面的图。 MOS器件最常用哪晶面？双极器件用的最多是哪种晶面？ CZ法提拉单晶棒的工艺流程？为什么CZ法提拉的晶圆比FZ法的单晶有较高的氧浓度？ 说明外延工艺的定义和目的？ 什么是自掺杂效应？如何避免？ 列出三种外延硅的原材料？ 列出常用的三种外延硅掺杂物？ 晶棒经过切割、磨片、倒角、刻蚀、CMP等步骤后，硅片有什么样的质量要求？ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 从砂到硅 加熱 (2000 ° C) SiO2 + 2C ? Si + 2CO 砂 碳 冶金级硅 一氧化碳 * 硅的纯化I Si + HCl ?TCS 硅粉末 氯化氢 过滤器 冷凝器 纯化器 99.9999999%纯度的三氯硅烷 反应器, 300?C * 加熱 (1100 ° C) SiHCl 3 + H 2 ? Si + 3HCl 三氯硅烷 氢气 电子级硅材料 氯化氢 多晶态沉积, 电子级硅材料 * 硅的纯化II 液态三氯硅烷 H2 载送气体的气泡 氢和三氯硅烷 制程反应室 TCS+H2?EGS+HCl 电子级硅材料 * 电子级硅材料 数据源:/semiconductors/_polysilicon.html * 晶体提拉:查克洛斯基(CZ)法 石墨坩埚 单晶硅硅棒 单晶硅种晶 石英坩埚 加热线圈 1415 °C 融熔的硅 * 查克洛斯基法晶体提拉 三菱(Mitsubish)材料硅 数据源:/semiconductors/_crystalgrowing.html * 查克洛斯基法晶体提拉 数据源:/semiconductors/_crystalgrowing.html * 悬浮带区法(FZ Method) 加热线圈 多晶硅棒 单晶硅 种晶 加热线圈移动 融熔硅 RF 气体入口 熔融区 可移动RF线圈 多晶硅棒 籽晶 气体出口 卡盘 卡