硅片的制造工艺..

OpticalNavigationDivisionAdvancedWirelessSemiconductorDivision硅片的制造工艺杨晓玲2014年12月26日AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary直拉法与区熔法的区别AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary单晶硅的制备方法为了制备性能良好的单晶硅，在生产实践中，人们通过不断探索，发现和完善了单晶硅生长技术。从熔体中生长单晶所用直拉法和区熔法，是当前生产单晶硅的主要方法。这两种方法制备的单晶硅具有不同的特性和不同的器件应用领域，区熔单晶硅主要应用于大功率器件方面，而直拉单晶硅主要应用于微电子集成电路和太阳能电池方面，是单晶硅的主体。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary区熔法区熔法又称Fz法，即悬浮区熔法1953年P·H·keck等人用来提纯半导体硅1952年W·G·Pfann提出AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary区熔法生长单晶硅锭是把掺杂好的多晶硅棒铸在一个模型里。一个籽晶固定到一端然后放进生长炉中。用射频线圈加热籽晶与硅棒的接触区域。加热多晶硅棒是区熔法最主要的部分，因为在熔融晶棒的单晶界面再次凝固之前只有30分钟的时间。晶体生长中的加热过程沿着晶棒的轴向移动。FZ(区熔)法生长单晶FloatingZoneMethodAdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary区熔法的特点区熔法不使用坩埚，污染少，经区熔提纯后生长的硅单晶纯度较高，含氧量和含碳量低。高阻硅单晶一般用此法生长。目前区熔单晶应用范围较窄，不及直拉工艺成熟。1AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietaryCZ原理及工艺CZ基本原理用直拉法制备单晶硅时，把高纯多晶硅放入高纯石英坩埚，在硅单晶炉内熔化；然后用一根固定在籽晶轴上的籽晶插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便在籽晶下端生长。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary•CZ法生长单晶硅是把熔化了的半导体级硅液体变为有正确晶向并且被掺杂成n型或p型的固体硅。•一块具有所需要晶向的单晶硅作为籽晶来生长硅锭，生长的单晶硅锭就像籽晶的复制品。拉晶：CZ(直拉）法生长单晶AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietaryCZ法与FZ法比较CZ法：成本低可做大尺寸晶锭材料可重复使用更受欢迎FZ法：单晶纯度高（无坩埚）成本高、小尺寸晶锭主要用在功率器件AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietaryCZ各生产环节单晶基本作业流程拆炉、清扫安装热场装料化料收尾等径放肩转肩引晶稳定冷却AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary拆炉目的1.取出晶体2.清除炉腔内的挥发物3.清除电极及加热器4.保温罩等石墨件上的杂物•附着物•石英碎片•石墨颗粒•石墨毡尘埃AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary二、装炉装炉前的准备一般把坩埚放入经过清洁处理的单晶炉后，再装多晶硅。用万分之一光学天平称好掺杂剂，放入清洁的小塑料袋中。擦完后，把籽晶轴、坩埚轴升到较高位置，最后用高压空气吹洗保温罩、加热器、石墨托碗。用尼龙布（也可以用毛巾）沾无水乙醇擦干净炉壁、坩埚轴和籽晶轴。打开炉门，取出上次拉的单晶硅，卸下籽晶夹，取出用过的石英坩埚，取出保温罩和石墨托碗，用毛刷把上面的附着物刷干净。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary装料装料基本步骤底部铺碎料大块料铺一层用边角或小块料填缝装一些大一点的料最上面的料和坩埚点接触，防止挂边严禁出现大块料挤坩埚情况AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary按要求正确装料。重要注意事项：石英坩埚轻拿轻放。严禁碰伤、玷污；领料正确，掺杂准确；液面以下面接触、以上点接触；原料严禁和其他物体接触，尤其金属和有机物。装料注意事项AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary装炉腐蚀好的籽晶装入籽晶夹头。籽晶一定要装正，装牢。否则，晶体生长方向会偏离要求晶向，也可能拉晶时籽晶脱落、发生事故。将清理干净的石墨器件装入单晶炉。调整石墨器件位置，使加热器、保温罩、石墨托碗保持同心，调节石墨托碗，使它与加热器上缘水平，记下位置，然后把装好的籽晶夹头和防渣罩一起装在籽晶轴上。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary将称好的掺杂剂放入装有多晶硅石英坩埚中（每次放法要一样），再将石英坩埚放在石墨托碗里。转动坩埚轴，检查坩埚是否放正，单晶硅块放的是否牢固，一切正常后，坩埚降到熔硅位置在单晶炉内装多晶硅时，先将石英坩埚放入托碗，然后可按装多晶步骤往石英坩埚内放多晶块，多晶硅装完后，用塑料布将坩埚盖好，再把防渣罩和装好籽晶的夹头装在籽晶轴上。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary一切工作准确无误后关好炉门开动机械泵低真空阀门抽真空打开冷却水开启扩散泵打开高真空阀加热熔硅炉内真空5X10-1乇时炉内真空升到1X10-3乇时AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary抽真空、化料按要求正确抽真空、化料。重要注意事项：保持O形密封圈洁净；正确顺序开泵、阀门；开阀门速度不能太快；化料过程多观察，防止挂边和架桥。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary熔硅开启加热功率按钮，使加热功率分2-3次（大约半个小时）升到熔硅的最高温度（约1500℃）。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary引晶引晶的主要作用是为了消除位错。全自动单晶炉采用自动引晶。如果特殊情况需要手动引晶，则要求：细晶长度大于150mm，直径4mm左右，拉速2-5mm/minAdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary缩颈缩颈是为了排除引出单晶中的错位。目的下种时，由于籽晶和熔硅温差大，高温的熔硅对籽晶造成强烈的热冲击，籽晶头部产生大量位错，通过缩颈，使晶体在生长中位错“缩掉”，成为无位错单晶。将籽晶快速提升，缩小结晶直径。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary缩颈方法慢缩颈慢缩颈熔体温度较高生长速度一般为0.8—2毫米/分快缩颈快缩颈熔体温度较低生长速度一般为2—6毫米/分AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary放肩放平肩的特点主要是控制单晶生长速度，熔体温度较低。放肩时，拉度很慢，拉速可以是零，当单晶将要长大到规定直径时升温，一旦单晶长到规定直径，突然提高拉晶速度进行转肩，使肩近似直角，进入等直径生长。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary转肩转肩的作用是控制直径，使晶体由横向生长变向纵向生长。全自动单晶炉采用自动转肩。如果发生自动转肩没有转过来的情况，手动转肩到预定直径。转肩过程注意控制直径大小！AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary等径稳定生长速度，使晶体硅直径保持不变,等径过程是晶体生长的主要阶段。AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary等径埚位；晶棒是否晃动；晶棒扭曲；真空状态是否正常；各冷却水是否正常；晶体是否断棱需要观察的是：AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary收尾收尾一般采用提高拉速和增加温度相结合的工艺。收尾过程严格按照作业指导书规定的工艺进行。加快提升速度，同时升高熔硅温度，使晶体硅直径不断缩小，形成一个圆锥形，最终离开液面．AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary收尾的作用收尾的作用是在长晶的最后阶段防止热冲击造成单晶等径部分出现滑移线而进行的逐步缩小直径过程。单晶棒（右端锥形为收尾的形状）AdvanceWirelessSemiconductorDivisionHunterSunElectronicsCo.,Ltd.ConfidentialandProprietary停炉单晶提起后，马上停止坩埚转动和籽晶轴转动，加热功率降到零位。停止加热电流关闭低真空阀门关闭排气阀