欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:5363203
大小:186.63 KB
页数:7页
时间:2017-12-08
《300mm硅片技术发展现状与趋势-有研硅股-》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、300mm硅片技术发展现状与趋势周旗钢(有研半导体材料股份有限公司,北京100088)摘要:综合评述了300mm硅材料在晶体生长、硅片成形、表面质量控制、衬底优化以及表征等方面的研究现状和发展趋势,特别是国内在300mm硅技术研究中所获得的一些成果。关键词:硅材料;300mm硅片;单晶硅生长技术1前言半个世纪以来,半导体产业发展迅猛,这主要有赖于两个因素:一个是加工尺寸不断变细,提高集成度,降低器件单位成本;另一个是硅衬底尺寸不断变大,增加硅片单位面积可获得芯片的数量。而且两个因素互相影响,互相促进发展。加工尺寸不断变细,带动衬底材料质量不断得到改善,衬底材料的不断改善反过来
2、又不断促进了加工尺寸变细的实现。集成电路技术发展遵从摩尔定律,工艺线宽越来越细,并开始进入纳米时代。当前,国际主流生产技术为0.25~0.35µm,先进生产技术为0.13~0.10µm,90nm技术已开始投入小批量生产,并[1]研究成功65nm技术。按照国际半导体产业发展路线图预测,2010年将采用45纳米技术,2016年和2018年将分别发展到22nm和18nm。半导体硅衬底材料也正从200mm迈向300mm直径。130nm以下的集成电路将主要使用300mm直径的硅片,目前它的制备技术正日渐完善,以适应纳米集成电路的严格要求。2硅单晶的生长技术从200mm到300mm,硅片
3、直径增加1.5倍,晶体的重量将近似于直径的2次方增长,也就是增长大约3倍,故200mm直径硅晶锭的典型荷重为90kg,而为了获得同样多的合格硅片数量300mm直径的硅晶锭的荷重一般达200~300kg。晶体重量的大幅度增加,一方面要求有更大的坩埚装料和更庞大且昂贵的专门设备,从而大大增加了成本;另一方面,也使熔体流动、热量和质量传输、缺陷的形成和迁移等更为复杂,给300mm硅单晶的生长带来了很大的困难。另外,晶锭的提拉和搬运也成了重要问题。2.1籽晶技术300mm硅单晶生长过程中,籽晶的承载极限受热场的温度分布、籽晶的夹持方式以及回熔量[2]的影响。为解决荷重问题,一种方法是
4、采用较粗籽晶及鼓包引晶工艺拉制无位错单晶;另一种方[3]法是采用双夹持技术。力学分析和理论计算得到3.4~4mm直径的籽晶能够承受110kg的重量;[4]若缩颈时,直径减小到6mm,断裂不发生,籽晶寿命可以延长。北京有色金属研究总院通过不同温度下的力学拉伸实验,并利用扫描电子显微术(SEM)分析籽晶断裂面,发现其断裂机制是脆性断裂,断裂的主要原因是应力集中。应力集中点主要发生于晶体特征线、直径突然变化处(如颈部与肩部结合处)及缺陷。老式的籽晶和籽晶夹头由于其结构不合理,易引起严重的应力集中,即使在500?C左右高温下,籽晶也易发生脆性断裂,5mm籽晶承重不足150kg,不能安
5、全地用于生长300mm单晶。他们重新设计了籽晶夹头和籽晶。新式的设计中,除稍微增大籽晶的尺寸(截面积)外,还对籽晶与夹头的联接部分的设计做了修改(见图1),增加受力面积,减小应力集中。用这种结构,只要引晶时直径不小于6mm,生长晶体重量不超过300kg时,是非常安全的。图1300mm硅单晶生长用籽晶及夹头示意图2.2热场技术热场设计是300mm硅单晶生长关键的核心技术,热场设计必须要达到以下目标。(1)节能-高效:节约能源,主要是电能;节省消耗材料,如石墨件等;缩短生产周期,以获得高的生产效率;提高可操作性,如便于对热场部件装配和清洁,便于操作员工观测生长过程。(2)降低污染
6、,如铁、镍、铜等金属污染。(3)热场的温度梯度合理,如要生长空位浓度高的硅单晶,则要求除生长界面附近外,晶体纵向温度足够大,径向温度梯度适量小;如要生长空位浓度低的硅单晶,则要求晶体纵向温度适量小。(4)碳可控:氧的浓度在低-中范围内可以调整,碳含量要低。为了达到上述目标,下列一些技术被采用。(1)热屏技术大直径单晶生长中一般使用热屏,改变单晶的热辐射状况,调整固液界面状态及其附近温度梯度,可调控氧﹑提高生长速度﹑控制晶体内缺陷分布和节约电能。300mm晶体生长选择高纯度材料制作热屏,并巧妙地利用杂质陷阱技术,使热屏不释放杂质,这样可得到更纯净的硅单晶材料。(2)气流流向的优
7、化设计采用外环气道的设计,气体在加热器外部流动,避免气体对加热器等的冲刷,同时可减少气体停留或产生涡流。图2所示为改进气流和老式气流设计的示意图。这样可提高加热器寿命,改善气体对熔体液面的不良影响。热屏气流加热器图2单晶炉内的气体流向设计对比(a)为优化流向方式之一(b)为老式的气体流向,冲刷加热器(3)还有,高纯固化保温材料,如有高纯涂层的石墨材料、碳/碳复合材料等新材料得到应用。这些材料具有强度高、沾污小、保温效果好、抗氧化性能好等优点,有利于减小部件体积、提高生产效率、降低硅单晶内金属沾污。石墨加
此文档下载收益归作者所有