第3章 晶圆制备ppt课件.ppt

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1、*1第3章晶圆制备*2晶圆制备目前世界上95%以上的晶体管和集成电路产品采用的都是硅材料。左：晶圆图右上：Intel45ns处理器晶圆右下：在建的Intel大连加工厂*3如何制作半导体级硅（SGS，Semiconductor-gradeSilicon）难点：必须有高的纯度要求少于百万分之（ppm）二的碳和少于十亿分之（ppb）一的III和V族元素（掺杂）必须没有原子级的缺陷，有完美的晶体结构*4步骤*5西门子工艺SiHCl3Polycrystallinesiliconrod半导体级硅是否满足晶圆制作需求？考虑以下问题：晶体和非晶体多晶材料和

2、单晶材料晶胞、晶向*6晶体结构的原子排列Figure4.2非晶体结构Figure4.3面心立方晶胞在晶体结构中，晶胞是最简单的原子组成的重复单元多晶和单晶结构PolycrystallinestructureMonocrystallinestructureFigure4.7*11半导体材料都是由构成其成分的原子规律排列而成，通常把这种原子规律排列而成的材料称为单晶。没有重复结构并且在原子级上是杂乱无章的。半导体级硅是多晶材料晶胞在晶体中的方向建立坐标系x,y,z，晶体的方向由密勒指数确定*12ZXY(100)ZXY(110)ZXY(111)M

3、OS器件双极器件*13晶体生长：把多晶块转变成一个大单晶，并给予正确的定向和适量的N型或P型掺杂，有三种不同的生长方法：直拉法（Czochralski法）液体掩盖直拉法区熔法*14晶体生长直拉法（CZ法）把多晶块转变成一个大单晶，并给予正确的定向和适量的N型或P型掺杂。大部分的单晶都是通过直拉法生长的。生产过程如图所示。*15CrystalseedMoltenpolysiliconHeatshieldWaterjacketSinglecrystalsiliconQuartzcrucibleCarbonheatingelementCrysta

4、lpullerandrotationmechanism*16*17影响直拉法的主要因素：拉伸速率和晶体的旋转速率单晶炉中加入掺杂材料300mm的硅约1米长，要融化150-300公斤的半导体级硅特点：工艺成熟，能较好地拉制低位错、大直径的硅单晶。缺点是难以避免来自石英坩埚和加热装置的杂质污染。*18液体掩盖直拉法此方法主要用来生长砷化镓晶体，和标准的直拉法一样，只是做了一些改进。由于熔融物里砷的挥发性通常采用一层氧化硼漂浮在熔融物上来抑制砷的挥发。故得其名，如图所示。*19区熔法主要用来生长低氧含量的晶体，但不能生长大直径的单晶，并且晶体有较

5、高的位错密度。这种工艺生长的单晶主要使用在高功率的晶闸管和整流器上，生长系统如图所示。该方法可以获得最高纯度的硅FloatZoneCrystalGrowthRFGasinlet(inert)MoltenzoneTravelingRFcoilPolycrystallinerod(silicon)SeedcrystalInertgasoutChuckChuck*21晶圆越做越大300mm200mm150mm125mm100mm75mm3²4²5²6²8²12²*22130~150亿88die200-mmwafer232die300-mmwafe

6、r*23晶圆制备晶圆制备是指将单晶棒经过切片、磨片、抛光等一系列的工序加工成用来做芯片的薄片。晶体生长整型切片磨片倒角刻蚀抛光清洗检查包装*24整型处理去掉两端（种子端和非种子端）径向研磨定位边研磨主定位标明了晶体结构的晶向次定位标明了硅片的晶向和导电类型FlatgrindDiametergrindPreparingcrystalingotforgrinding*25P-type(111)P-type(100)N-type(111)N-type(100)*261234567890NotchScribedidentificationnumbe

7、r未使用区域：3mm---2mm*27切片切片就是用有金刚石涂层的内园刀片把晶片从晶体上切下来。(内圆切割机)切片Internaldiameterwafersaw*28磨片磨片因为用机械的方法加工的晶片是非常粗造的，如图所示，它不可能直接使用，所以必须去处切片工艺残留的表面损伤。磨片----是一个传统的磨料研磨工艺*29刻蚀利用化学刻蚀选择性的去除晶圆表面玷污和损伤。一般约去除20微米的硅*30抛光抛光普通的磨片完成过后硅片表面还有一个薄层的表面缺陷。现在的抛光是机械加化学，经过抛光工艺后使硅片表面真正达到高度平整、光洁如镜的理想表面。Up

8、perpolishingpadLowerpolishingpadWaferSlurry作业简述晶体生长的概念和方法，并说明为什么要进行晶体生长。*31