晶圓詳細介紹

1、目錄1.01晶圓2.01制造過程3.01著名晶圓廠商4.01制造工藝4.02外表清洗4.03初次氧化4.04熱CVD4.05熱處理4.06除氮化硅4.07離子注入4.08退火處理4.09去除氮化硅層4.10 去除SIO2層4.11 干法氧化法4.12 濕法氧化4.13 氧化4.14 形成源漏極4.15 沉積4.16 沉積摻雜硼磷的氧化層4.17 深處理5.01專業(yè)術語1.01晶圓.word.zl.晶圓Wafer是指硅半導體集成電路制作所用的硅芯片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓。晶圓是生產(chǎn)集成電路所用的載體，一般意義晶圓多指單晶硅圓片。晶圓是最常用的半導體材料，按其直徑分為4英寸、5英寸、6英寸

2、、8英寸等規(guī)格，近來開展出12英寸甚至研發(fā)更大規(guī)格14英口寸、15英口寸、16英口寸、20英口寸以上等。晶圓越大，同一圓片上可生產(chǎn)的IC就越多，可降低本錢；但對材料技術和生產(chǎn)技術的要求更高，例如均勻度等等的問題。一般認為硅晶圓的直徑越大，代表著這座晶圓廠有更好的技術，在生產(chǎn)晶圓的過程當中，良品率是很重要的條件。2.01制造過程二氧化硅礦石經(jīng)由電弧爐提煉，鹽酸氯化并經(jīng)蒸儲后，制成了高純度的多晶硅，其純度高達99.999999999%因在精細電子元件當中，硅晶圓需要有相當?shù)募兌龋蝗粫a(chǎn)生缺陷。晶圓制造廠再以柴可拉斯基法將此多晶硅熔解，再于溶液內(nèi)摻入一小粒的硅晶體晶種，然后將其慢慢拉出，以形成圓柱

3、狀的單晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一顆小晶粒在融熔態(tài)的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶。硅晶棒再經(jīng)過切片、研磨、拋光后，即成為集成電路工廠的根本原料一一硅晶圓片，這就是“晶圓。蒸儲一系列措施制成很簡單的說，單晶硅圓片由普通硅砂拉制提煉，經(jīng)過溶解、提純、單晶硅棒，單晶硅棒經(jīng)過切片、拋光之后，就成為了晶圓。晶圓經(jīng)屢次光掩模處理，其中每一次的步驟包括感光劑涂布、曝光、顯影、腐蝕、滲透、植入、刻蝕或蒸著等等，將其光掩模上的電路復制到層層晶圓上，制成具有多層線路與元件的IC晶圓，再交由后段的測試、切割、封裝廠，以制成實體的集成電路成品，從晶圓要加工成為產(chǎn)品需要專業(yè)精細的分工。3.01著名晶圓廠商只制造硅晶

4、圓基片的廠商例如合晶XX股票代號:6182、中美晶XX股票代號：5483、信越化學等。晶圓制造廠著名晶圓代工廠有臺積電、聯(lián)華電子、格羅方德GlobalFundries及中芯國際等。英特爾Intel等公司那么自行設計并制造自己的IC晶圓直至完成并行銷其產(chǎn)品。三星電子等那么兼有晶圓代工及自制業(yè)務。南亞科技、瑞晶科技（現(xiàn)已并入美光科技，更名XX美光內(nèi)存）、Hynix、美光科技Micron等那么專于內(nèi)存產(chǎn)品。日月光半導體等那么為晶圓產(chǎn)業(yè)后段的封裝、測試廠商。4.01制造工藝4.02外表清洗晶圓外表附著大約2um的Al2O3和甘晶圓，油混合液保護層,在制作前必須進展化學刻蝕和外表清洗。4.03初次氧化由

5、熱氧化法生成SiO2緩沖層，用來減小后續(xù)中Si3N4對晶圓的應力氧化技術：干法氧化Si（固）+O2aSiO2（固）和濕法氧化Si（固）+2H2OaSiO2（固）+2H2。干法氧化通常用來形成，柵極二氧化硅膜，要求薄，界面能級和固定電荷密度低的薄膜。干法氧化成膜速度慢于濕法。濕法氧化通常用來形成作為器件隔離用的比擬厚的二氧化硅膜。當SiO2膜較薄時，膜厚與時間成正比。SiO2膜變厚時，膜厚與時間的平方根成正比。因而，要形成較厚SiO2膜，需要較長的氧化時間。SiO2膜形成的速度取決于經(jīng)擴散穿過SiO2膜到達硅外表的O2及OH基等氧化劑的數(shù)量的多少。濕法氧化時，因在于OH基SiO2膜中的擴散系數(shù)比

6、O2的大。氧化反響，Si外表向深層移動，距離為SiO2膜厚的0.44倍。因此，不同厚度的SiO2膜，去除后的Si外表的深度也不同。SiO2膜為透明，通過光干預來估計膜的厚度。這種干預色的周期約為200nm,如果預告知道是幾次干預，就能正確估計。對其他的透明薄膜，如知道其折射率，也可用公式計算出（dSiO2）/（dox）=（nox）/（nSiO2）。SiO2膜很薄時，看不到干預色，但可利用Si的疏水性和SiO2的親水性來判斷SiO2膜是否存在。也可用干預膜計或橢圓儀等測出。SiO2和Si界面能級密度和固定電荷密度可由MOS二極管的電容特性求得。（100）面的Si的界面能級密度最低，約為10E+1

7、0-10E+11/cm?2.eV-1數(shù)量級。（100）面時，氧化膜中固定電荷較多，固定電荷密度的大小成為左右閾值的主要因素。4.04熱CVD熱CVD（HotCVD）/（thermalCVD）此方法生產(chǎn)性高，梯狀敷層性佳（不管多凹凸不平，深孔中的外表亦產(chǎn)生反響，及氣體可到達外表而附著薄膜）等，故用途極廣。膜生成原理，例如由揮發(fā)性金屬鹵化物（MX）及金屬有機化合物（MR）等在高溫中氣相化學反響（熱分解，氫復原、氧化、替換反響等）在基板上形成氮化物、氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、高熔點金屬、金屬、半導體等薄膜方法。因只在高溫下反響故用途被限制，但由于其可用領域中，那么可得致密高純度物質(zhì)膜，且附著強

8、度極強，假設用心控制，那么可得安定薄膜即可輕易制得觸須（短纖維）等，故其應用X圍極廣。熱CVD法也可分成常壓和低壓。低壓CVD適用于同時進展多片基片的處理，壓力一般控制在0.25-2.0Torr之間。作為柵電極的多晶硅通常利用HCVD法將SiH4或Si2H。氣體熱分解約650oC淀積而成。采用選擇氧化進展器件隔離時所使用的氮化硅薄膜也是用低壓CVD法，利用氨和SiH4或Si2H6反響面生成的，作為層間絕緣的SiO2薄膜是用SiH4和O2在400-4500oC的溫度下形成SiH4+O2-SiO2+2H2或是用Si(OC2H5)4(TEOS:tetraethoxysilanc)O2在7500c左右

9、的高溫下反響生成的，后者即采用TEOS形成的SiO2膜具有臺階側(cè)面部被覆性能好的優(yōu)點。前者，在淀積的同時導入PH3氣體，就形成磷硅玻璃PSG：phosphorsilicateglass再導入B2H6氣體就形成BPSG(borro?phosphorsilicateglass膜。這兩種薄膜材料，高溫下的流動性好，廣泛用來作為外表平坦性好的層間絕緣膜。4.05熱處理在涂敷光刻膠之前，將洗凈的基片外表涂上附著性增強劑或?qū)⒒旁诙栊詺怏w中進展熱處理。這樣處理是為了增加光刻膠與基片間的粘附能力，防止顯影時光刻膠圖形的脫落以及防止?jié)穹ǜg時產(chǎn)生側(cè)面腐蝕(sideetching)。光刻膠的涂敷是用轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)

10、時間可自由設定的甩膠機來進展的。首先、用真空吸引法將基片吸在甩膠機的吸盤上，把具有一定粘度的光刻膠滴在基片的外表，然后以設定的轉(zhuǎn)速和時間甩膠。由于離心力的作用，光刻膠在基片外表均勻地展開，多余的光刻膠被甩掉，獲得一定厚度的光刻膠膜，光刻膠的膜厚是由光刻膠的粘度和甩膠的轉(zhuǎn)速來控制。所謂光刻膠，是對光、電子束或X線等敏感，具有在顯影液中溶解性的性質(zhì)，同時具有耐腐蝕性的材料。一般說來，正型膠的分辨率高，而負型膠具有感光度以及和下層的粘接性能好等特點。光刻工藝精細圖形(分辨率，清晰度)，以及與其他層的圖形有多高的位置吻合精度(套刻精度)來決定，因此有良好的光刻膠，還要有好的曝光系統(tǒng)。4.06除氮化硅此

11、處用干法氧化法將氮化硅去除4.07離子注入離子布植將硼離子(B+3)透過SiO2膜注入襯底，形成P型阱離子注入法是利用電場加速雜質(zhì)離子，將其注入硅襯底中的方法。離子注入法的特點是可以精細地控制擴散法難以得到的低濃度雜質(zhì)分布。MOS電路制造中，器件隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截斷，調(diào)整閥值電壓用的溝道摻雜，cMOS的阱形成及源漏區(qū)的形成，要采用離子注入法來摻雜。離子注入法通常是將欲摻入半導體中的雜質(zhì)在離子源中離子化，然后將通過質(zhì)量分析磁極后選定了離子進展加速，注入基片中。4.08退火處理去除光刻膠放高溫爐中進展退火處理以消除晶圓中晶格缺陷和內(nèi)應力，以恢復晶格的完整性。使植入的摻雜原子擴散到替代

12、位置，產(chǎn)生電特性。4.09去除氮化硅層用熱磷酸去除氮化硅層，摻雜磷(P+5)離子，形成N型阱，并使原先的SiO2膜厚度增加，到達阻止下一步中n型雜質(zhì)注入P型阱中。4.10 去除SIO2層退火處理，然后用HF去除SiO2層。4.11 干法氧化法干法氧化法生成一層SiO2層，然后LPCVD沉積一層氮化硅。此時P阱的外表因SiO2層的生長與刻蝕已低于N阱的外表水平面。這里的SiO2層和氮化硅的作用與前面一樣。接下來的步驟是為了隔離區(qū)和柵極與晶面之間的隔離層。光刻技術和離子刻蝕技術利用光刻技術和離子刻蝕技術，保存下柵隔離層上面的氮化硅層。4.12 濕法氧化生長未有氮化硅保護的SiO2層，形成PN之間的

13、隔離區(qū)。生成SIO2薄膜熱磷酸去除氮化硅，然后用HF溶液去除柵隔離層位置的SiO2，并重新生成品質(zhì)更好的SiO2薄膜,作為柵極氧化層。4.13 氧化LPCVD沉積多晶硅層，然后涂敷光阻進展光刻，以及等離子蝕刻技術，柵極構(gòu)造，并氧化生成SiO2保護層。4.14 形成源漏極外表涂敷光阻，去除P阱區(qū)的光阻，注入砷(As)離子，形成NMOS的源漏極。用同樣的方法，在N阱區(qū)，注入B離子形成PMOS的源漏極。4.15 沉積利用PECVD沉積一層無摻雜氧化層，保護元件，并進展退火處理。4.16 沉積摻雜硼磷的氧化層含有硼磷雜質(zhì)的SiO2層，有較低的熔點，硼磷氧化層(BPSG)加熱到800oC時會軟化并有流動

14、特性，可使晶圓外表初級平坦化。4.17 深處理濺鍍第一層金屬利用光刻技術留出金屬接觸洞，濺鍍鈦+氮化鈦+鋁+氮化鈦等多層金屬膜。離子刻蝕出布線構(gòu)造，并用PECVD在上面沉積一層SiO2介電質(zhì)。并用SOG(spinonglass)使外表平坦，加熱去除SOG中的溶劑。然后再沉積一層介電質(zhì)，為沉積第二層金屬作準備。 1薄膜的沉積方法根據(jù)其用途的不同而不同，厚度通常小于1um。有絕緣膜、半導體薄膜、金屬薄膜等各種各樣的薄膜。薄膜的沉積法主要有利用化學反響的CVD(chemicalvapordeposition)法以及物理現(xiàn)象的PVD(physicalvapordeposition)法兩大類。CVD法有

15、外延生長法、HCVD，PECVD等。PVD有濺射法和真空蒸發(fā)法。一般而言，PVD溫度低，沒有毒氣問題；CVD溫度高，需到達1000oC以上將氣體解離，來產(chǎn)生化學作用。PVD沉積到材料外表的附著力較CVD差一些，PVD適用于在光電產(chǎn)業(yè)，而半導體制程中的金屬導電膜大多使用PVD來沉積，而其他絕緣膜那么大多數(shù)采用要求較嚴謹?shù)腃VD技術。以PVD被覆硬質(zhì)薄膜具有高強度，耐腐蝕等特點。 2真空蒸發(fā)法EvaporationDeposition采用電阻加熱或感應加熱或者電子束等加熱法將原料蒸發(fā)淀積到基片上的一種常用的成膜方法。蒸發(fā)原料的分子或原子的平均自由程長10-4Pa以下，達幾十米，所以在真空中幾乎不與

16、其他分子碰撞可直接到達基片。到達基片的原料分子不具有外表移動的能量，立即凝結(jié)在基片的外表，所以，在具有臺階的外表上以真空蒸發(fā)法淀積薄膜時，一般，外表被覆性覆蓋程度是不理想的。但假設可將Crambo真空抽至超高真空10-8torr，并且控制電流，使得欲鍍物以一顆一顆原子蒸鍍上去即成所謂分子束磊晶生長MBE：MolecularBeamEpitaxy。 3濺鍍SputteringDeposition所謂濺射是用高速粒子如氬離子等撞擊固體外表，將固體外表的原子撞擊出來，利用這一現(xiàn)象來形成薄膜的技術即讓等離子體中的離子加速，撞擊原料靶材，將撞擊出的靶材原子淀積到對面的基片外表形成薄膜。濺射法與真空蒸發(fā)法

17、相比有以下的特點：臺階局部的被覆性好，可形成大面積的均質(zhì)薄膜，形成的薄膜，可獲得和化合物靶材同一成分的薄膜，可獲得絕緣薄膜和高熔點材料的薄膜，形成的薄膜和下層材料具有良好的密接性能。因而，電極和布線用的鋁合金Al-Si,Al-Si-Cu等都是利用濺射法形成的。最常用的濺射法在平行平板電極間接上高頻13.56MHz電源，使氬氣壓力為1Pa離子化，在靶材濺射出來的原子淀積到放到另一側(cè)電極上的基片上。為提高成膜速度，通常利用磁場來增加離子的密度，這種裝置稱為磁控濺射裝置magnetronsputterapparatus，以高電壓將通入惰性氬體游離，再藉由陰極電場加速吸引帶正電的4004的50mm晶圓和Core2Duo的300mm晶圓離子，撞擊在陰極處的靶材，將欲鍍物打出后沉積在基板上。一般均加磁場方式增加電子的游離路徑，可增加氣體的解離率，假設靶材為金屬，那么使用DC電場即可，假設為非金屬那么因靶材外表累積正電荷，導致往后的正離子與之相斥而無法繼續(xù)吸引正離子，所以改為RF電場因場的振蕩頻率變化太快，使正離子跟不上變化，而讓RF-in的地方呈現(xiàn)陰極效應即可解決問題。光刻技術定出VIA孔洞沉積第二層金屬，并刻蝕出連線構(gòu)造。然后，用PECVD法氧化層和氮化硅保護層。光刻和離子刻蝕定出PAD位置