发布时间 : 星期五 文章硅片生产过程详解 - 图文更新完毕开始阅读64ade54851e79b89690226a9
和双氧水（H2O2）的混合溶液清洗。这种溶液以剧烈溶剂著称，能去除硅片表面大部分的有机污物和某些金属离子。同时，该溶剂能氧化硅片表面，一些金属离子（如铁和锌）会在氧化层生长时被氧化。然后硅片浸入到已稀释的高纯酸液中，去除氧化层。金属沾污也就随着氧化层的清除而被去除掉了。硅片进行纯水漂洗和甩干时，表面本质上已无金属离子存在并能放入炉子进行热处理了。
热处理
抵抗稳定过程只要用到炉子。这样做是为了避免其它过程的交叉污染，如扩散或化学气相沉积（CVD）。
抵抗稳定的关键参数是温度和时间。晶棒或硅片必须加热到650℃左右，然后进行急冷。更长的冷却时间会使沉积的氧原子再度活跃，至少是部分氧原子会重新成为施主。急冷的标准是在炉子外面用气流吹。硅片尺寸到100mm的，整根晶棒可以进行退火，但随着硅片尺寸增加，对用气流来进行急冷来说，晶棒的热能可能太高。硅片尺寸150mm时，整根晶棒进行退火是不实际的，因此，将分立的硅片进行热处理。
硅片放置在清洁的石英舟中，然后放入石英炉内预热至650℃。加热过程约20-30分钟，通氮气。氮气为热处理提供了一个经济又惰性的气氛。这个过程结束后，将硅片从热的炉子中拉出，暴露在外面的空气中，温度会快速经过450℃的临界温度范围，足以将氧保持是冻结状态。如果整根晶棒热处理，将它放置在一石英载体上后，放入炉子。
理论上，热处理可以在器件制作前的任何阶段进行。但通常在早期进行，在晶棒阶段或切磨片之后马上进行，如此，可以确保硅片最终能满足顾客的电阻率要求。
氧施主
经观测，硅进行任何的热处理，温度在500℃-900℃范围内，新的氧施主开始出现。氧施主的这个效应在450℃左右时，不会发生。根据一些资料，进行抵抗稳定时，要防止这类施主的产生，可以通过快速热处理过程，硅在650℃维持几秒钟而达到。
外延沉积的硅片是重掺杂的。这是因为外延沉积的目的就是要以重掺硅为基础，再在其上部生长一层轻掺杂单晶硅。例如，在n型重掺的顶部生长p型轻掺杂单晶硅制作一个n型的MOS电路。在外延生长过程的温度上，一些掺杂剂会从重掺基层外扩散与流动的反应物混合。当外延层在硅片正表面生长时，这个效应会减弱，但硅片背面的外扩散仍在继续。
自动掺杂的诸多问题，以及怎样防止或弱化它们将在外延沉积一章中重点讨论。所以，这里只作简单介绍。
有几个途径避免或弱化自动掺杂。扩散是一个依赖温度过程，随着温度的下降，扩散率指数下降。因此如果在较低温度下进行外延沉积，自动掺杂的效应会减弱。
另一个方法是低压外延生长。因为不能轻易地通过边界逃逸，混合有外扩散出来的掺杂剂的气流一般滞留在接近于硅片的表面处。在低压下，就能很快从硅片表面处逃逸。
阻止自动掺杂的最好方法是至少在硅片背面用某种薄膜进行背封。一些不同的处理方法被采用。硅氧化层（Silox）、多晶和氮化硅薄膜常用作背封材料。当多晶硅作为背封材料时，它也还可成为外吸杂。
Silox
通过化学气相沉积在硅片背面淀积一层5000?-9000 ?厚度的硅氧化层。有几个不同的反应来完成。一是称为？或TEOS的Si(OC2H5)4的热分解。如果这种化合物在缺氧氛围中加热，会发生以下分解。
Si(OC2H5)4 → SiO2 + 4C2H4 + 2H2O
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氢化硅（SiH4）是用来进行CVD的最普通的材料之一，它与氧气一起在炉内的反应如下： SiH4 + 2O2 → SiO2 + 2H2O
在背封时，硅片面向下放在基座上，将沉积材料覆盖在背面与硅片边缘一样大小。在正面进行外延沉积时，边缘的覆盖会引起一些问题，如图3.9所示。
图3.9背封时的边缘覆盖及其最小限度
在图3.9(a)中，可以看到背封延伸覆盖住了硅片正面，接近它的外延层趋向于无定形。这会减小有效硅片面积，因为器件不能建立在无定形硅上。
避免这个问题的一种方法是背封后，进行硅片边缘抛光，这样边缘就不再有无定形材料。如图3.9（b）所示。另一个方法是在进行背封时，用一面具罩在硅片边缘，避免边缘被沉积材料所覆盖。图3.9(c)显示了这个方法。面具就象衣领一样饶在硅片边缘。第三种方法这里没有显示，就是在硅片上生长氧化层以完全覆盖硅片。而后，正面的氧化层可通过上面流下的HF淋洗来去除。第四种方法也没有显示，硅片边缘与滚轴接触并使用HF溶剂，将SiO2从边缘处溶解下。 多晶
在背面沉积多晶防止自动掺杂和捕获硅片体内的重金属。在高温下，一些多晶硅会被氧化，但不会降低它的吸杂能力。
氢化硅（SiH4）源通常用来作为多晶。高温下，硅土热分解反应如下： SiH4 → Si + 2H2
在低压CVD（LPCVD）中，可在650℃左右沉积。这个温度在无定形和单晶硅沉积之间。 表面再结晶的过程通过一些过程如离子注入来补偿。基体通常在惰性气体或氢气的氛围下加热，热量的提供有利于驱逐（基体和注入物）原子移动占据有序晶格点。一旦退火后，掺杂剂就表现出电活跃性。
通过在高温下的扩散过程，实现硅片表面层氧的耗尽。
练习：
3-1．磨片过程的主要目的是---（ ） a. 在硅片的两侧增加一均匀的损伤层； b. 使硅片表面平整； c. 去除硅片的微损伤； d. 高度抛光的硅片。
3-2．双面行星式磨片机---（ ）
a. 使用极其平整的磨盘和一种研磨砂； b. 使用贴有研磨砂的磨轮；
c. 提供了一个极其清洁的磨片操作； d. 在磨片时，保持硅片在固定位置。
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3-3．双面行星式磨片机能清除硅---（ ） a. 使用化学品溶解硅表面层； b. 是一个化学/机械混合过程； c. 使用研磨颗粒磨损表面； d. 一次只能研磨一面。
3-4．酸腐蚀的主要好处是---（ ） a. 自限制，易控制；
b. 提供无腐蚀坑的光滑表面； c. 提供平整表面； d. 不会释放气体。
3-5．碱腐蚀的主要好处是---（ ） a. 会使硅片呈“枕头”形； b. 不同批次的去除率不同； c. 是一种优先腐蚀；
d. 提供无腐蚀坑的光滑表面。
3-6．以下为外吸杂工艺的是---（ ）a. 背损伤和氧沉积；
b. 背面的多晶沉积和背损伤； c. 氧沉积和激光退火； d. 激光退火和激光刻字。
3-7．在内吸杂时的热处理是为了---（a. 在体内形成氧施主； b. 体内氧沉积； c. 体内氧的外扩散；
d. 接近表面处氧的外扩散。
3-8．抵抗稳定的目的是---（ ） a. 降低氧施主的浓度； b. 降低硅施主的浓度； c. 硅片体内氧的外扩散； d. 表面形成氧化层保护膜。
3-9．背封必须---（ ） a. 对所有硅片； b. 低掺杂硅片； c. 只有背损伤硅片；
d. 需要外延生长的硅片（重掺）。
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3-10．两种适合背封的化合物--（ ） a. 二氧化硅（SiO2）和Silox； b. 单晶硅和Silox； c. 多晶硅和二氧化硅； d. 多晶硅和无定形硅。
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