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晶圆标示平面 P型 (111) P型 (100) N型 (111) N型 (100) 圖 4.21 晶圆缺口和「雷射」切割 1234567890 缺口 切割的識別數字 圖 4.22 內部直徑晶圓鋸 内部直径锯 圖 4.23 抛光后的晶圆边缘 圖 4.24 晶圆的化学蚀刻 圖 4.25 双面晶圆的抛光 上面拋光墊 下面拋光墊 晶圓 研漿 圖 4.26 品质测量 物理性尺寸 平坦度 粗糙度 含氧量 晶体缺陷 微粒 本体电阻值 改进矽晶圆的规格 Adapted from K. M. Kim, “Bigger and Better CZ Silicon Crystals,” Solid State Technology (November 1996), 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 晶圆变形 圖 4.27 晶圆正面的平坦度 圖 4.28 矽晶圓 表面 單晶層 磊晶層 矽晶圓 磊晶矽层的形成 圖 4.29 * 半导体制造技术第 4 章矽与晶圆准备 DE LIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 课程大纲 描述天然矽原料如何加工提炼成半导体级矽 (SGS)。 解释晶体结构与单晶矽的成长技术。 讨论矽晶体之主要缺陷。 简单叙述由矽晶锭加工成为矽晶圆的基本步骤。 说明与讨论晶圆供应商所需进行之7项品质测量项目。 解释何谓磊晶与其重要性。 半导体级矽 表 4.1 晶体结构 非晶材料 晶胞 多晶与单晶结构 晶体方向 SiHCl3 多晶體矽柱 用於SG矽的Siemens反应器 圖 4.1 晶体结构的原子排列 圖 4.2 非晶原子结构 圖 4.3 三维结构的单位晶胞 單位晶胞 圖 4.4 面心立方的单位晶胞 圖 4.5 矽单位晶胞：FCC钻石结构 圖 4.6 多晶与单晶结构 多晶結構 單晶結構 圖 4.7 单位晶胞的轴方向 Z X Y 1 1 1 0 圖 4.8 Miller指数的晶格平面 Z X Y (100) Z X Y (110) Z X Y (111) 圖 4.9 单晶矽成长 CZ 方法 CZ 晶体拉升器 掺杂 杂质控制 浮动区域方法 发展大直径晶锭的理由 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晶体拉升器 圖 4.10 CZ方法的矽晶碇成长 Photograph courtesy of Kayex Corp., 300 mm Si ingot CZ晶体拉升器 Photograph courtesy of Kayex Corp., 300 mm Si crystal puller 矽中掺杂浓度的命名法 表 4.2 浮动区域晶体成长 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 4.11 300 mm 200 mm 150 mm 125 mm 100 mm 75 mm 3? 4? 5? 6? 8? 12? 晶圆直径的趋势 圖 4.12 晶圆直径与属性 表 4.3 88個晶粒 8 晶圓 232個晶粒 12 晶圓 在较大晶圆直径里，晶粒数会增加 表 4.13 300mm晶圆直径和方向需要的发展规格 表 4.4 From H. Huff, R. Foodall, R. Nilson, and S. Griffiths, “Thermal Processing Issues for 300-mm Silicon Wafers: Challenges and Opportunities,” ULSI Science and Technology (New Jersey: The Electrochemical Society, 1997), p. 139. 矽之晶体缺陷 晶体缺陷 (微缺陷) 是指任何妨碍单位晶胞重复性地出现於晶体 晶体缺陷依其形式可区分为3大类： 点缺陷：原子级的局部缺陷。 差排：单位晶胞错置。 整体缺陷：晶体结构之缺陷。