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文档简介
1、3.1 硅晶圆的制备工艺,1,学习交流PPT,硅作为集成电路半导体材料的主要原因:,1. 硅含量丰富(占地壳27%); 2. 硅提纯和结晶方便; 3. 在常温下它的化学性质稳定,不溶于单一 的强酸; 4. 硅的器件工作温度高,能达250 ; 5. 硅的表面能形成 牢固致密的SiO2膜,SiO2 能充当电容的电介质、扩散的隔离层、器 件表面的保护层,使器件的稳定性提高。,2,学习交流PPT,1. 多晶硅原料 2. 单晶硅制备 3. 切割 4. 研磨 5. 评估,硅晶圆的制备工艺主要分五个阶段:,3,学习交流PPT,粗 硅,1. 多晶硅原料,地球中硅以硅砂(SiO2)状态存在,还原炉SiO2(s)
2、十2C(s)Si(s)十2CO(g),纯 化(99.999999999%),化学法,4,学习交流PPT,化学法纯化,西门子式多晶硅工艺,盐酸法:粗硅与干燥氯化氢在200以上反应 Si十3HCl=SiHCl3(L)+H2(g)(实际反应极复杂),精馏: 将SiHCl3置于蒸馏塔中 利用杂质和SiHCl3沸点不同用精馏的方法分离提纯,反应得到的多晶Si还不能直接用于生产电子元器件,必须将它制成单晶体,分解: 将精馏过的SiHCl3置于CVD反应炉中 用高纯氢气还原得到多晶硅 SiHCl3十H2=Si十3HCl,5,学习交流PPT,直拉法(Czochralski法)单晶生长 晶体主流生长技术,2.
3、单晶硅制备,6,学习交流PPT,晶体和坩锅彼此是相互反向运动:,7,学习交流PPT,引晶:通过电阻加热,将装在石英坩埚中的多晶硅熔化,并保 持略高于硅熔点的温度; 2. 将籽晶浸入熔体,然后以一定速度向上提拉籽晶并同时旋转引出晶体;,直拉法基本过程,8,学习交流PPT,3. 等径生长:根据熔体和单晶炉情况,控制晶体等径生长 到所需长度; 4. 收尾:直径逐渐缩小,离开熔体; 5. 降温:降级温度,取出晶体,待后续加工 。,9,学习交流PPT,晶体生长最大速度: 与晶体中的纵向温度梯度、晶体的热导率 、晶体密度等有关。 温度梯度:提高晶体中的温度梯度,可以提高晶体生长速度;但温度梯度太大,将在晶
4、体中产生较大的热应力,会导致位错等晶体缺陷的形成,甚至会使晶体产生裂纹。,10,学习交流PPT,熔体中的对流: 晶体和坩锅彼此是相互反向运动。相反旋转的晶体和坩埚产生对流,反向旋转速度相差越大,对流强烈,所生长的晶体的直径越大。但对流越强烈,会造成熔体中温度波动,从而导致晶体中的杂质分布不均匀。,晶体的转动速度一般比坩锅快1-3倍,有利于在固液界面下方形成一个相对稳定的区域,有利于晶体稳定生长。,11,学习交流PPT,12,学习交流PPT,一支85公分长,重76.6公斤的 8寸 硅晶棒,约需 2天半时间长成。,13,学习交流PPT,4. 研磨,用甘油和三氧化铝的混合液研磨抛光,14,学习交流PPT,3. 切割,15,学习交流
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