半导体行业(二百零三)——集成电路工艺(八)
2021-02-07

湿法工艺属于移除工艺,一般需要三道工艺过程:预处理、清洗和甩干(如下图所示)。湿法工艺工具是典型的批量处理设备,能够一次处理一个或多个装有25片晶圆的盒子。机械手臂从装载位置将装有晶圆的盒子拿起后浸人处理液中。经过所需的处理时间后,机械手臂冉将盒子取出放人清洗槽中用去离子水将晶圆表面的化学药品洗除。接着将盒子放到甩干机内利用高速旋转将晶圆盒甩干。最后将盒子放回装载位置以便将晶圆卸下。某些湿法制造机能一次处理数盒晶圆。根据工艺所用的化学药品,有时还必须将晶圆从盒中取出放在一个石英或塑胶的晶舟中进行湿式工艺和清洗。

为了减少化学品的使用,单个晶圆的湿法工艺工具也得到了发展。加工晶圆一个接一个,所以在品圆表面只消耗少量的化学品,从而在湿法工艺中使用的化学量比批处理系统可以显著降低。

没有设置湿法工艺区的生产工厂将湿法化学柜放在氧化和LPCVD工具旁边,因为进行这些工艺之前必须先清洗晶圆。

扩散区

扩散区是进行加热工艺的区域,这些工艺包括添加工艺,如氧化、LPCVD和扩散掺杂;或者是加热工艺,如离子注人退火处理、掺杂物扩散、合金热处理,或电介质再流动过程。氧化、LPCVD和扩散掺杂工艺以及加热工艺都在扩散区的高温炉中进行。有些生产工厂在扩散区也有外延反应器。20世纪70年代中期发明离子注人技术之前,在高温炉中进行氧化和扩散掺杂是生产集成电路过程中最常使用的工艺。虽然在先进的集成电路工艺中现在已经很少使用扩散掺杂,但“扩散区"这个名称一直沿用至今。

高温炉属于批量扩散工具,能同时处理100多片晶圆。下图为垂直式(直立式)和水平式高温炉示意图。由于直立式占地面积小且有很好的污染控制能力,所以先进的200mm和300mm晶圆集成电路生产工厂均使用直立式高温炉取代水平式高温炉;而水平式高温炉仍在一些小晶圆尺寸的集成电路工艺线上使用。大多数300mm晶圆厂也采用单片晶圆反应室工具进行高温多晶硅、氮化硅CVD,以及金属硅化合物热处理工艺。

扩散区经常使用的气体有氧气(02)、氮气(N2)、无水的氯化氢(HCI)、氢气(H2)、硅烷(SiH4)、二氯硅烷(DSC,SiH2C12)、三氯硅烷(仆C,SiHC13)、三氢化磷(PHs)、氢化硼(B2H6)和阿摩尼亚(NHS)。氮气是一种安全气体;氧气是一种氧化剂,氧气在某种条件下和其他易燃、易爆的材料混合时,可能会引起火灾或爆炸。无水的HCI具有腐蚀性;氢气易燃和易爆;硅烷会自燃(自动起火)、易爆,且有毒;DSC和TSC都具有易燃性,而阿摩尼亚具有腐蚀性。三氢化磷和氢化硼都是剧毒、易燃和易爆的。几乎所有使用在集成电路生产中的工具都用氮气作为吹除净化气体。

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