《硅片制备》PPT课件

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1、微电子工艺基础第三单元微电子制造工艺微电子学院戴显英2013年3月4日1、单晶硅片的制备2硅的重要性储量丰富，便宜；（27.6％）SiO2性质很稳定、良好介质，易于热氧化生长；较大的禁带宽度（1.12eV），较宽工作温度范围；95%以上是Si集成电路。1、单晶硅片的制备3•石英砂（SiO2)→冶金级硅(MGS)•HCl与MGS粉反应形成TCS（trichlorosilane：氯硅烷）•利用汽化和冷凝提纯TCS•TCS与H2反应形成多晶硅(EGS)•熔融EGS和拉单晶硅锭1.1电子级多晶硅的制备从石英砂到硅锭-点石成金4SiO2石英砂C碳＋加热到2000℃Si冶金级硅＋CO

2、2二氧化碳纯度:98%Si单晶的起始材料--石英岩（高纯度硅砂--SiO2）1.1电子级多晶硅的制备5硅提纯IHClSi硅粉过滤器冷凝器纯化器反应室，300℃SiHCl3纯度:99.9999999%(9N)Si(固)+3HCl(气)－－→SiHCl3(气)+H2(气)(220~300℃)SiHCl3：沸点31.5℃Fe、Al和B被去除。1.1电子级多晶硅的制备6多晶硅提纯IIH2液态SiHCl3TGSH2+SiHCl3H2+SiHCl3→Si+3HCl电子级硅多晶硅EGS（9N）工艺腔1.1电子级多晶硅的制备71.2.1直拉法（Czochralski，CZ法）石英坩锅石墨

3、坩锅单晶硅锭单晶硅籽晶加热线圈硅－熔点为1414℃,沸点为2355℃1.2单晶硅的制备8CZ法系统的主要设备1.2单晶硅的制备1:石英坩埚,2:石墨坩埚,3:加热器,4:电源系统5：旋转与升降装置，6：真空系统。9柴可拉斯基拉晶仪10拉晶过程①熔硅调节坩埚位置②引晶（下种）③收颈目的：抑制位错从籽晶向晶体延伸④放肩⑤收肩⑥等径生长⑦收尾1.2单晶硅的制备11拉晶过程例，2.5及3英吋硅单晶制备①熔硅调节坩埚位置；（注意事项：熔硅时间不易长）②引晶（下种）籽晶预热：目的---避免对热场的扰动太大；位置---熔硅上方；与熔硅接触：温度太高---籽晶熔断；温度太低---籽晶不熔

4、或不生长；合适温度--籽晶与熔硅可长时间接触，既不会进一步融化，也不会生长；12拉晶过程③收颈目的：抑制位错从籽晶向晶体延伸；直径：2-3mm；长度：>20mm；拉速：3.5mm/min④放肩温度：降15-40℃；拉速：0.4mm/min；13⑤收肩当肩部直径比所需直径小3-5mm时，提高拉速：2.5mm/min；⑥等径生长拉速：1.3-1.5mm/min；熔硅液面在温度场保持相对固定；⑦收尾熔硅料为1.5kg时，停止坩埚跟踪。拉晶过程14直拉(CZ)法生长单晶示意图1.2单晶硅的制备151.2.2区熔法1.2单晶硅的制备161.2.3水平区熔法（布里吉曼法）生长GaAs

5、单晶1.2单晶硅的制备171.2.4直拉法vs区熔法直拉法，更为常用(占75％以上)－成本低－尺寸大(300mm已生产)－剩余原材料可重复使用－位错密度：0～104cm2区熔法－成本高－尺寸较小(150mm)－高纯度的硅单晶(不使用坩锅)（电阻率2000W-mm）－位错密度：103～105cm218从硅锭到硅片单晶硅锭整型切片磨片倒角刻蚀抛光清洗检查包装从石英砂中提炼硅1.3硅片的制备191.3.1硅锭整型处理定位边（参考面）150mm或更小直径定位槽200mm或更大直径截掉头尾、直径研磨、定位边或定位槽1.3硅片的制备20①识别晶向、导电类型及划片方向；②硅片（晶锭）机

6、械加工定位的参考面；③硅片装架的接触位置。定位边或定位槽的作用1.3硅片的制备211.3.2切片(WaferSawing)晶向标记定位槽锯条冷却液硅锭硅锭运动方向金刚石覆层1.3硅片的制备22机械研磨(Lapping)粗抛光常规的使用研磨剂（Al2O3、SiC、ZrO、SiO2、MgO）进行浆料研磨去除大多数表面损伤获得平整的表面1.3.3硅片抛光1.3硅片的制备23化学腐蚀(Etch)去除圆片表面的缺陷HNO3(重量比浓度79%)、HF(重量比浓度49%)和纯CH3COOH配成4:1:3溶液腐蚀化学反应3Si+4HNO3+6HF→3H2SiF6+4NO+8H2O2.2单

7、晶Si制备1.3.3硅片抛光1.3硅片的制备24化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing:CMP)2.2单晶Si制备1.3硅片的制备1.3.3硅片抛光25200mm硅圆片厚度和表面粗糙度的变化锯片后倒角后机械研磨后化学腐蚀后CMP后2.2单晶Si制备