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2.1.1晶圆制备(3)硅片制备 硅片制备工艺流程(从晶棒到空白硅片): 晶体准备(直径滚磨、晶体定向、导电类型检查 和电阻率检查)→ 切片→ 研磨→ 化学机械抛光(CMP)→ 背处理→ 双面抛光→ 边缘倒角→ 抛光→检验 →氧化或外延工艺→打包封装 晶体生长 整形 切片 磨片倒角 刻蚀 抛光 清洗 检查 包装 硅片制备 图 4.19 硅片制备的基本工艺步骤 整型 两端去除 径向研磨 定位面研磨 P-type (111) P-type (100) N-type (111) N-type (100) 图 4.21 硅片标识定位边 硅片上的成品率 成品率 = 66 good die 88 total die = 75% 图 4.14 1234567890 定位槽 被刻印的标识数字 图 4.22 硅片定位槽和激光刻印 切片 锯刃 图 4.23 内园切割机 磨片和倒角 图 4.24 抛光的晶圆边缘 刻 蚀 图 4.25 用于去除硅片表面损伤的化学刻蚀 抛 光 上抛光垫 下抛光垫 硅片 磨料 图 4.26 双面硅片抛光 质 量 测 量 物理尺寸 平整度 微粗糙度 氧含量 晶体缺陷 颗粒 体电阻率 改进的硅片要求 正偏差 负偏差 真空吸盘 硅片 参考平面 平整度 平整度是硅片最主要的参数之一,主要因为抛光工艺对局部位置的平整度是非常敏感的,硅片平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化。它是通过硅片上的表面和一个规定参考面的距离得到的。 图 4.27 硅片变形 外 延 层 在某些情况下,需要硅片有非常纯的与衬底有相同晶体结构(单晶)的硅表面。还需要保持对杂质类型和浓度的控制。这需要通过在硅表面淀积一个外延层来实现。 在硅外延过程中硅基片作为籽晶,在硅片上面生长一薄层硅。新的外延层会复制硅片的晶体结构。外延层可以是n型也可以是p型,并不依赖原始硅片的掺杂类型。 硅外延发展的起因是为了提高双极器件和集成电路的性能,例如,可以在优化pn结的击穿电压的同时降低集电极串连电阻;在COMS集成电路中可以将闩锁效应降到最低。 在外延层上制造器件可以解决集电结的耐压和集电极串连电阻对衬底掺杂浓度的相互矛盾 E X Xmc1 Xmc2 n-epi n+ p n+Si衬底 Rc 器 件 隔 离 P-Sub P+ P+ P+ N-epi N-epi N+ P N+ p P-Sub N-epi 单晶硅层 外延层 硅园片 外延层的厚度用于高速数字电路的典型厚度是0.5到5μm;用于硅功率器件的典型厚度是50到100μm。 图 4.29 硅外延层的结构 小 结 制造芯片的硅是一种在原子层面上有着重复FCC金刚石晶胞结构的晶体。晶向由密勒指数确定,(100)方向是MOS器件最常用的,而(111)则是双极器件常用的。为了生产芯片的需要,通过使用CZ法将多晶硅转变成制造所需的单晶硅锭。 硅锭直径这些年一直在增长,以便在一个硅片上能做更多的器件并且通过规模经济降低成本。生长中主要需要控制的晶体缺陷是点缺陷、位错和层错。 硅锭需要经历研磨、刻印定位槽、切片、磨片、倒角、刻蚀、抛光、清洗、检验才能制成合乎要求的硅片。 2.1.1晶圆制备(4)芯片制造阶段 集成电路芯片的显微照片 第2章 晶体材料生长 3、分子束外延(MBE) (1)概述 分子束外延设备复杂、价格昂贵,真空室真空度达 10-9~10-11Torr,喷射炉可以根据需要喷射出多种分子(原子),另外监测装置可以对外延层生长速率、气体成分、结构和厚度进行实时监控。因此,分子束外延具有许多优点。 分子束外延(外延物质是原子的也叫原子束外延)是 近年来才被普遍采用的一种物理气相外延工艺。 在超高真空下,热分子束由喷射炉喷出,射到衬底表面,外延生长出外延层。 (2)设备 (3)特点 外延设备上有多个喷射口,可以生长多层、杂质分布.复杂的外延层,外延层最多层数可达104层。 在整个外延过程中全程监控,因此外延层质量高。 分子束外延多用于外延结构复杂、外延层薄的外延层,异质外延一般也采用分子束外延。 生长慢(既是优点也是缺点),通常用于过高精度或过薄的外延层。 * 第2章 晶体材料生长 1.单晶硅的生长技术 2.砷化镓晶体的生长技术 3.材料外延技术(MBE, MOCVD) 2.1.单晶硅的生长技术 2.1.1晶圆制备 晶圆制备生产流程:获取多晶→晶体生长→硅片制备→芯片制造阶段 硅晶圆制备的四个阶段——A、B、C、D 芯片制造的第一阶段:材料准备 A:矿石到高纯气体的转变(石英砂冶炼制粗硅) B:气体到多晶的转变 芯片制造的第二阶段:晶体生长和晶圆制备 C:多晶到单晶,掺杂

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