硅与晶圆的制备课件

硅与晶圆的制备

課程大綱描述天然矽原料如何加工提煉成半導體級矽(SGS)。解釋晶體結構與單晶矽的成長技術。討論矽晶體之主要缺陷。簡單敘述由矽晶錠加工成為矽晶圓的基本步驟。說明與討論晶圓供應商所需進行之7項品質測量項目。解釋何謂磊晶與其重要性。

半導體級矽表4.1

晶體結構非晶材料晶胞多晶與單晶結構晶體方向

SiHCl3多晶體矽柱用於SG矽的Siemens反應器圖4.1

晶體結構的原子排列圖4.2

非晶原子結構圖4.3

三維結構的單位晶胞單位晶胞圖4.4

面心立方的單位晶胞圖4.5

矽單位晶胞：FCC鑽石結構圖4.6

多晶與單晶結構多晶結構單晶結構圖4.7

單位晶胞的軸方向ZXY1110圖4.8

Miller指數的晶格平面ZXY(100)ZXY(110)ZXY(111)圖4.9

單晶矽成長CZ方法CZ晶體拉升器摻雜雜質控制浮動區域方法發展大直徑晶錠的理由

晶種熔解的多晶矽加熱擋板水保護罩單晶矽石英坩鍋碳加熱電熱絲晶體拉升器CZ晶體拉升器圖4.10

CZ方法的矽晶碇成長PhotographcourtesyofKayexCorp.,300mmSiingotCZ晶體拉升器PhotographcourtesyofKayexCorp.,300mmSicrystalpuller矽中摻雜濃度的命名法表4.2

浮動區域晶體成長RF氣體入口(鈍氣)熔解區活動式RF線圈多晶柱(矽)晶種鈍氣出口平盤平盤圖4.11

300mm200mm150mm125mm100mm75mm3²4² 5² 6² 8² 12²晶圓直徑的趨勢圖4.12

晶圓直徑與屬性表4.3

88個晶粒8"

晶圓

232個晶粒12"

晶圓在較大晶圓直徑裡，晶粒數會增加表4.13

300mm晶圓直徑和方向需要的發展規格表4.4

FromH.Huff,R.Foodall,R.Nilson,andS.Griffiths,“ThermalProcessingIssuesfor300-mmSiliconWafers:ChallengesandOpportunities,”ULSIScienceandTechnology(NewJersey:TheElectrochemicalSociety,1997),p.139.矽之晶體缺陷晶體缺陷(微缺陷)是指任何妨礙單位晶胞重複性地出現於晶體晶體缺陷依其形式可區分為3大類：點缺陷：原子級的局部缺陷。差排：單位晶胞錯置。整體缺陷：晶體結構之缺陷。

晶圓的良率圖4.14

良率=66(可正常動作之晶片數目)88(總生產晶片之數目)=75%點缺陷RedrawnfromSorabK.Ghandi,VLSIFabricationPrinciples:SiliconandGalliumArsenide,2ndedition,NewYork,Wiley,1994,page23(a)空缺缺陷(b)間隙缺陷(c)Frenkel缺陷圖4.15

差排圖4.16

晶格滑動(a)(b)(c)RedrawnfromSorabK.Ghandi,VLSIFabricationPrinciples:SiliconandGalliumArsenide,2ndedition,NewYork,Wiley,1994,page49圖4.17

晶格雙面XX’RedrawnfromSorabK.Ghandi,VLSIFabricationPrinciples:SiliconandGalliumArsenide,2ndedition,NewYork,Wiley,1994,page55圖4.18

晶體成長整形晶圓切片晶圓研磨和邊緣磨光蝕刻拋光清潔檢驗封裝晶圓準備的基本製程步驟圖4.19

平面研磨直徑研磨準備直徑研磨之晶錠晶錠之直徑研磨圖4.20

晶圓標示平面P型(111)P型(100)N型(111)N型(100)圖4.21

晶圓缺口和「雷射」切割1234567890缺口切割的識別數字圖4.22

內部直徑晶圓鋸內部直徑鋸圖4.23

拋光後的晶圓邊緣圖4.24

晶圓的化學蝕刻圖4.25

雙面晶圓的拋光上面拋光墊下面拋光墊晶圓研漿圖4.26

品質測量物理性尺寸平坦度粗糙度含氧量晶體缺陷微粒本體電阻值

改進矽晶圓的規格AdaptedfromK.M.Kim,“BiggerandBetterCZSiliconCrystals,”SolidStateTechnology(November1996),p.71.A：平坦度定義為晶圓或是晶圓上某一區域之線性厚度差異。B：參考粗糙度之內容。C：RMS：均方根值，為晶圓表面完成後最佳的測量方法。計算方式是取其測量之平方，平均後再取平方根值。晶圓表面完成後之測量為晶圓表面之最高及最低點。D：ppm為百萬分之一。E：本體微缺陷代表1cm2之所有缺陷數量。F：參考磊晶層之敘述。

正偏向負偏向真空平盤晶圓參考平面晶圓變形圖4.27

晶圓正面的平坦度圖4.28

矽晶圓表面结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGr