成都特种气体在电子行业中的应用

微电子从20世纪40年代末的只晶体管(锗
合金管) 问世, 至50年代中期出现了硅平面工艺,
此工艺不仅成为硅晶体管的基本制造工艺, 也使得将
多个分立晶体管制造在同一硅片上的集成电路成为可
能, 随着制造工艺水平的不断成熟, 使微电子从单只
晶体管发展到今天的超大规模集成电路。
本征半导体是化学成分纯净( 99199999% )
的半导体单晶体, 须在单晶炉中提炼得到。在本征
半导体中人为掺入某些微量元素作为杂质, 称为杂
质半导体。在提炼单晶的过程中一起完成。掺杂是
为了显著改变半导体中的自由电子浓度或空穴浓
度, 以明显提高半导体的导电性能。
电子行业常用的特气超过三十余种, 按危险性
质可分为不燃气体、可燃气体、氧化性气体、腐蚀
性气体、毒性气体等。按照物理形态可分为压缩气
体、液化气体和低温气体。成都特种气体
1　集成电路制造
111　集成电路芯片制程
微芯片制造涉及硅片制备、硅片制造、硅片测
试/拣选、装配与封装、最终测试等五个大的制造
阶段。这五个阶段是独立的, 在半导体公司内均具
有大型基础设施, 并且有提供专用化学材料和设备
的工业支撑网。仅在独立阶段运营的公司(像仅
制造芯片的芯片公司) , 必须满足业界标准以确保
最终微芯片满足性能目标。
虽然对硅片上的独立管芯进行测试的测试/
拣选区就在硅片厂附近, 但是测试区并不与硅片制
造厂的其它部分在同一超净环境当中。装配和封装
则在其它工厂, 甚至在别的国家完成。
112　化学气相沉积和气体应用
化学气相沉积(CVD) 是通过气体混合的化
学反应, 在硅片表面沉积一层固体膜的工艺。硅片
表面及其邻近的区域被加热来向反应系统提供所需
的能量。化学气相沉积膜中所有的物质都源于外部
气源。原子或分子会沉积在硅片表面形成薄膜。
化学气相沉积通常包括气体传输至沉积区域、
膜先驱物的形成、膜先驱物附着在硅片表面、膜先驱物粘附、膜先驱物扩散、表面反应、副产物从表面移除、副产物从反应腔移除等八个主要步骤。化学气相沉积常用的气体包括: SiH4、DCS、TCS、SiCl4、TEOS、NH3、N2O、WF6、H2、O2 等。发生的化学反应通常有:
SiH4 + O2 → SiO2 + H2
SiH4 → Si + H2
SiH4 + NH3 → Si3N4 + H2
SiH4 + N2O → SiO2 + N2 + H2
TEOS + O3 →SiO2 + H2O + CO2
DCS + NH3 → Si3N4 + HCl + H2
113　刻蚀和气体应用
刻蚀是采用化学和物理方法, 有选择地从硅片
表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的目的是在涂
胶的硅片上正确地复制掩膜图形。刻蚀分为湿法刻
蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀是利用液态化学试剂或溶
液通过化学反应进行刻蚀。干法刻蚀利用低压放电
产生的等离子体中的离子或游离基与材料发生化学
反应, 或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。
其主要介质是气体。干法刻蚀的优点是各向异性
(即垂直方向刻蚀速率远大于横向速率) 明显、特
征尺寸控制良好、化学品使用和处理费用低、蚀刻
速率高、均匀性好、良率高等。常用的干法刻蚀是
等离子体刻蚀。成都特种气体
硅片的刻蚀气体主要是氟基气体, 包括CF4、
CF4 /O2、SF6、C2 F6 /O2、NF3 等。但由于其各向同
性, 选择性较差, 因此改进后的刻蚀气体通常包括
氯基(Cl2 ) 和溴基(Br2、HBr) 气体。反应后的
生成物包括SiF4、SiCl4 和SiBr4。铝和金属复合层
的刻蚀通常采用氯基气体, 如CCl4、Cl2、BCl3 等。
产物主要包括AlCl3 等。
114　掺杂和气体应用
掺杂是将需要的杂质掺入特定的半导体区域
中, 以改变半导体电学性质, 形成pn 结、电阻、
欧姆接触等。p型半导体是在硅(锗) 单晶中掺入
少量三价元素硼(或铝、铟、镓等) , 则三价元素
原子在晶格中缺少一个价电子, 从而造成一个空
位。空位很容易俘获邻近四价原子的价电子, 即在
邻近产生一个空穴, 空穴可以参与导电。空位俘获
电子后, 使杂质原子成为负离子。负离子束缚于晶
格中, 不参与导电。掺杂后p型半导体中的空穴浓
度等于掺杂浓度。在p型半导体中空穴是多数载流
子, 自由电子是少数载流子。n 型半导体是在硅
(锗) 单晶中掺入少量五价元素磷(或砷、锑等) ,
则五价元素原子在晶格中多余一个价电子。多余价
电子容易成为自由电子, 可以参与导电。提供自由
电子后的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子。
正离子束缚于晶格中, 不参与导电。掺杂后n型半
导体中的自由电子浓度等于掺杂浓度。在n型半导
体中自由电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。
掺杂工艺有扩散和离子注入等。扩散是在合适
的温度和浓度梯度下, 用III、V 族元素占据硅原
子位置。离子注入是将具有很高能量的杂质离子射
入半导体衬底中。常用的三价掺杂气体有B2H6、
BBr3、BF3 等, 常用的五价掺杂气体有PH3、
POCl3、AsH3、SbCl5 等。成都特种气体