微电子行业的电子化学品.ppt

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1、集成电路制备中的化学过程及电子化学品的制备技术一、集成电路制备过程涉及的主要过程1、晶圆的制备2、外延生长(氧化介质薄膜生长、)3、离子注入掺杂4、薄膜化学气相沉积5、图形光刻6、化学抛光1、晶圆的制造过程晶圆的制造过程是将硅砂(二氧化硅)转变成冶金级硅(MGS)冶金级硅转变四氯化硅(TCS)四氯化硅转变成电子级硅材料(EGS)电子级硅材料转变成单晶硅晶棒然后把晶棒转变成晶圆(Wafer)具体过程：原料（SiO2）粗砂高温碳还原(1600~1800℃)SiO2+2C=Si+2CO四氯化硅高温氯化(500~700℃)Si+

2、Cl2=SiCl4高纯四氯化硅高纯多晶硅高纯单晶硅单晶定向切割单晶片研磨单晶片抛光合格晶圆多级精馏高温氢还原(1000~1200℃)SiCl4+2H2=Si+4HCl直拉单晶：掺杂化学机械抛光2、外延生长集成电路的特点：集成电路是由不同工艺加工手段制备而成的由数层不同材质、不同厚度的薄膜组成的。而外延生长技术和化学的、物理的气相沉积等技术就是生成这些薄膜的。外延生长的定义:在微电子集成电路制造领域，将在原单晶衬底上生长一较薄厚度的单晶薄层的工艺制备过程。外延生长制备工艺的作用集成电路主要是由的二极管、三极管、电阻、电容等

3、元器件组成，形成二极管和三极管必须有P－N结。半导体——自然界有一类特殊性能的物体，其原始的导电性介于导体和绝缘体之间，故称为半导体。P型半导体——将元素周期表中的第Ⅲ族元素掺入本征半导体中，就形成P型半导体，P型半导体参与导电的多数载流子是空穴。N型半导体——将元素周期表中的第Ⅴ族元素掺入本征半导体中，就形成N型半导体，P型半导体参与导电的多数载流子是电子。PN结——P型半导体与N型半导体即可形成PN结。WaferCleaning晶圆表面附着一层大约2um的Al2O3和甘油混合液保护之,在制作前必须进行化学刻蚀和表面清

4、洗用的电子级化学品：H2SO4、H2O2、NH4OH、HCl、HF和HPA外延生长之前的HCl气相抛光HCl气相抛光是在生长外延层之前，采用氯化氢气体腐蚀衬底的表面，这样做的目的，是在外延生长之前，除掉衬底表面尚残存的机械损伤层，痕量天然氧化层，残留于表面的微量污染物。从而暴露出一个近乎完美的、极为清洁的待生长的硅表面。方法：当温度升至1050℃，HCl和硅可以发生如下反应Si（固）＋2HCl（气）＝SiCl2（气）＋H2（气）2、氧化介质薄膜生长硅表面总是覆盖着一层二氧化硅，即使被解离开不久的硅片，室温条件下，只要在空

5、气中一暴露就会薪形成几个原子厚的氧化膜。SiO2有极为稳定的化学特性和电绝缘性，因此可以利用这个特性，通过认为的制备二氧化硅，用来作为器件的保护层和钝化层，电绝缘材料和电容器的介质膜。SiO2的另一个重要特性，就是对某些杂质起到掩蔽作用（即杂质在二氧化硅中扩散系数非常小），从而可以实现选择性扩散，正是把SiO2的制备和光刻、扩散结合起来才发展出了超大规模集成电路的制备工艺。3、半导体的高温掺杂半导体高温掺杂就是在本征半导体中掺入B、P、As、Sb的过程，以形成P型和N型半导体的过程。掺杂技术高温热扩散法（800℃）离子注

6、入掺杂法（400℃以下）常规的热扩散简介常规的热扩散工艺包括若干种扩散方法扩散方法液态源扩散（利用保护性气体N2通过液态杂质源，携带杂质气体进入反应室，这些杂质气体高温下分解，并同硅表面反应，生成杂质单原子，经过硅表面向内扩散）固态源扩散（固态氮化硼与晶圆片接触然后进行扩散）例如液态源磷扩散液态三氯氧磷在600℃以上分解，其主要热分解反应式如下：5POCl3＝3PCl5＋P2O5所生成的五氧化二磷分子在扩散温度下继续与硅反应，置换出磷原子2P2O5＋5Si＝5SiO2＋4P磷在高温下，不断扩散、迁移到硅体的纵深处，形成高

7、浓度的发射区4、离子注入低温掺杂通过等离子发生器，使杂质分子或原子离子化，高能离子与被掺杂的目标材料（基底）碰撞，从而使离子进入基底中，称为离子注入低温掺杂。离子注入法比高温扩散法有许多优点。（1）离子注入纯度高，不受杂质源纯度的影响。（2）同一平面的杂质均匀度高。（3）注入温度底（低于400），因此、二氧化硅、氮化硅、铝等可以作为选择性注入的掩蔽膜。（4）离子注入过程温度低、避免产生热缺陷。（5）通过离子能量的控制，可以调节离子注入半导体中深度。化学气相沉积的定义:包含一种或数种物质成分的气体被特定的方式激活，在衬底表

8、面发生化学反应，反应生成物析出、沉淀成为所需的固体薄膜，这就是化学气相沉积技术，英文表达为“chemicalvapordeposition”,缩写为CVD。5、化学气相沉积二氧化硅膜的生成光刻制造过程光刻工序包括翻版图形掩膜制造，硅基片表面光刻胶的涂敷、预烘、曝光、显影、后烘、腐蚀、以及光刻胶去除等工序。往往需采用2