晶圆详细资料大全
晶圆是指矽半导体积体电路制作所用的矽晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在矽晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的积体电路产品。晶圆的原始材料是矽，而地壳表面有用之不竭的二氧化矽。二氧化矽矿石经由电弧炉提炼，盐酸氯化，并经蒸馏后，制成了高纯度的多晶矽，其纯度高达99.999999999%。 基本介绍
∙中文名：晶圆
∙外文名：Wafer
∙本质：矽晶片
∙纯度：99.999999999%
制造过程,基本原料,制造工艺,表面清洗,初次氧化,热CVD,热处理,除氮化矽,离子注入,专业术语,
制造过程
晶圆是制造半导体晶片的基本材料，半导体积体电路最主要的原料是矽，因此对应的就是矽晶圆。 矽在自然界中以矽酸盐或二氧化矽的形式广泛存在于岩石、砂砾中，矽晶圆的制造可以归纳为三个基本步骤：矽提炼及提纯、单晶矽生长、晶圆成型。 首先是矽提纯，将沙石原料放入一个温度约为2000 ℃，并且有碳源存在的电弧熔炉中，在高温下，碳和沙石中的二氧化矽进行化学反应（碳与氧结合，剩下矽），得到纯度约为98%的纯矽，又称作冶金级矽，这对微电子器件来说不够纯，因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，因此对冶金级矽进行进一步提纯：将粉碎的冶金级矽与气态的氯化氢进行氯化反应，生成液态的矽烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶矽，其纯度高达99.999999999%，成为电子级矽。 接下来是单晶矽生长，最常用的方法叫直拉法（CZ法）。如下图所示，高纯度的多晶矽放在石英坩埚中，并用外面围绕着的石墨加热器不断加热，温度维持在大约1400 ℃，炉中的气体通常是惰性气体，使多晶矽熔化，同时又不会产生不需要的化学反应。为了形成单晶矽，还需要控制晶体的方向：坩埚带着多晶矽熔化物在旋转，把一颗籽晶浸入其中，并且由拉制棒带着籽晶作反方向旋转，同时慢慢地、垂直地由矽熔化物中向上拉出。熔化的多晶矽会粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不 断地生长上去。因此所生长的晶体的方向性是由籽晶所决定的，在其被拉出和冷却后就生长成了与籽晶内部晶格方向相同的单晶矽棒。用直拉法生长后，单晶棒将按适当的尺寸进行切割，然后进行研磨，将凹凸的切痕磨掉，再用化学机械抛光工艺使其至少一面光滑如镜，晶圆片制造就完成了。 晶圆制造 单晶矽棒的直径是由籽晶拉出的速度和旋转速度决定的，一般来说，上拉速率越慢，生长的单晶矽棒直径越大。而切出的晶圆片的厚度与直径有关，虽然半导体器件的制备只在晶圆的顶部几微米的范围内完成，但是晶圆的厚度一般要达到1 mm，才能保证足够的机械应力支撑，因此晶圆的厚度会随直径的增长而增长。 晶圆制造厂把这些多晶矽融解，再在融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶矽晶棒，由于矽晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的矽原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。矽晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，雷射刻，包装后，即成为积体电路工厂的基本原料——矽晶圆片，这就是“晶圆”。
基本原料
晶圆 矽是由石英砂所精练出来的，晶圆便是矽元素加以纯化（99.999%），接着是将这些纯矽制成矽晶棒，成为制造积体电路的石英半导体的材料，经过照相制版，研磨，抛光，切片等程式，将多晶矽融解拉出单晶矽晶棒，然后切割成一片一片薄薄的晶圆。
制造工艺
表面清洗
晶圆表面附着大约2um的Al2O3和甘油混合液保护层,在制作前必须进行化学刻蚀和表面清洗。 晶圆
初次氧化
由热氧化法生成SiO2 缓冲层，用来减小后续中Si3N4对晶圆的应力氧化技术：干法氧化Si(固)+O2 à SiO2(固)和湿法氧化Si(固)+2H2O à SiO2(固)+2H2。干法氧化通常用来形成，栅极二氧化矽膜，要求薄，界面能级和固定电荷密度低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于湿法。湿法氧化通常用来形成作为器件隔离用的比较厚的二氧化矽膜。当SiO2膜较薄时，膜厚与时间成正比。SiO2膜变厚时，膜厚与时间的平方根成正比。因而，要形成较厚SiO2膜，需要较长的氧化时间。SiO2膜形成的速度取决于经扩散穿过SiO2膜到达矽表面的O2及OH基等氧化剂的数量的多少。湿法氧化时，因在于OH基SiO2膜中的扩散系数比O2的大。氧化反应，Si 表面向深层移动，距离为SiO2膜厚的0.44倍。因此，不同厚度的Si
O2膜，去除后的Si表面的深度也不同。SiO2膜为透明，通过光干涉来估计膜的厚度。这种干涉的周期约为200nm，如果预告知道是几次干涉，就能正确估计。对其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式计算出(dSiO2)/(dox)=(nox)/(nSiO2)。SiO2膜很薄时，看不到干涉，但可利用Si的疏水性和SiO2的亲水性来判断SiO2膜是否存在。也可用干涉膜计或椭圆仪等测出。SiO2和Si界面能级密度和固定电荷密度可由MOS二极体的电容特性求得。(100)面的Si的界面能级密度最低，约为10E+10-- 10E+11/cm ?2.eV-1 数量级。(100)面时，氧化膜中固定电荷较多，固定电荷密度的大小成为左右阈值的主要因素。
热CVD
热CVD(HotCVD)/(thermalCVD) 此方法生产性高，梯状敷层性佳(不管多凹凸不平，深孔中的表面亦产生反应，及气体可到达表面而附着薄膜)等，故用途极广。膜生成原理，例如由挥发性金属卤化物(MX)及金属有机化合物(MR)等在高温中气相化学反应(热分解，氢还原、氧化、替换反应等)在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、矽化物、硼化物、高熔点金属、金属、半导体等薄膜方法。因只在高温下反应故用途被限制，但由于其可用领域中，则可得致密高纯度物质膜，且附着强度极强，若用心控制，则可得薄膜即可轻易
制得触须(短纤维)等，故其套用范围极广。热CVD法也可分成常压和低压。低压CVD适用于同时进行多片基片的处理，压力一般控制在0.25-2.0Torr之间。作为栅电极的多晶矽通常利用HCVD法将SiH4或Si2H。气体热分解（约650oC）淀积而成。采用选择氧化进行器件隔离时所使用的氮化矽薄膜也是用低压CVD法，利用氨和SiH4 或Si2H6反应面生成的，作为层间绝缘的SiO2薄膜是用SiH4和O2在400--4500oC的温度下形成SiH4+O2-SiO2+2H2或是用Si(OC2H5)4(TEOS:tetra ethoxy silanc)和O2在750oC左右的高温下反应生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2膜具有台阶侧面部被覆性能好的优点。前者，在淀积的同时导入PH3 气体，就形成磷矽玻璃（ PSG： phosphor silicate glass）再导入B2H6气体就形成BPSG(borro ? phosphor silicate glass)膜。这两种薄膜材料，高温下的流动性好，广泛用来作为表面平坦性好的层间绝缘膜。
热处理
在涂敷光刻胶之前，将洗净的基片表面涂上附着性增强剂或将基片放在惰性气体中进行热处理。这样处理是为了增加光刻胶与基片间的粘附能力，防止显影时光刻胶图形的脱落以及防止湿法腐蚀时产生侧面腐蚀(sideetching)。光刻胶的涂敷是用转速和旋转时间可自由
设定的甩胶机来进行的。首先、用真空吸引法将基片吸在甩胶机的吸盘上，把具有一定粘度的光刻胶滴在基片的表面，然后以设定的转速和时间甩胶。由于离心力的作用，光刻胶在基片表面均匀地展开，多余的光刻胶被甩掉，获得一定厚度的光刻胶膜，光刻胶的膜厚是由光刻胶的粘度和甩胶的转速来控制。所谓光刻胶，是对光、电子束或X线等敏感，具有在显影液中溶解性的性质，同时具有耐腐蚀性的材料。一般说来，正型胶的解析度高，而负型胶具有感光度以及和下层的粘接性能好等特点。光刻工艺精细图形(解析度，清晰度)，以及与其他层的图形有多高的位置吻合精度(套刻精度)来决定，因此有良好的光刻胶，还要有好的曝光系统。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议