Chapter 3 Manufacturing Wafers 半導體製程 材料科學與工程研究所 張翼 教授.

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Chapter 3Manufacturing Wafers

半導體製程材料科學與工程研究所張翼 教授

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Figure 3.1 Hydrogen reduction of trichlorosilane.

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Figure 3.2 Unit cell of silicon.

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Figure 3.3 GaAs crystal structure.

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Figure 3.4 Poly- and single-crystal structures.

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Figure 3.5 Crystal planes.

<111> are most widely used planes for Si.

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Figure 3.6 Wafer orientation indicators.

Si<100> MOS devices<111> Bipolar devices GaAs<100>

EPD: Etch Pit Density

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Figure 3.7 Czochralski crystal-growing system.

Seed and crucible are rotated in the opposite direction.

Crucible (silica) CZ, LEC, FC: Three popular m

ethods for growing wafers CZ is the most widely used m

ethod for Si Can also be N or P-type dope

d

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Figure 3.8 Crystal growth from a seed.

Heated to 1415℃ → Take 3 days to grow a crystal (12 inches are available now)

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Figure 3.8

→ surface tension

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Figure 3.9 LEC system of crystal growth.

Widely used for GaAs wafer Need B2O3 to prevent As evap

oration

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Figure 3.10 Float-zone crystal-growing system.

Low oxygen content Smaller diameter Higher dislocation density Used for Thyristors and Recti

fiers

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Figure 3.11 Comparison of CZ and float crystal-growing methods.

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Figure 3.12 Vacancy crystal defect.

Point defect Dislocations Growth defects: slip line

twin

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Figure 3.13 Crystal slip.

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Figure 3.14 Crystal diameter grinding.

Wafer were grown a few degrees off orientation for ion implantation or epi-growth

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Figure 3.15 Crystal orientation determination.

ORIENTATION DETERMINATION

: X-ray diffraction Light reflection

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Figure 3.16 Crystal flat grinding.

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Figure 3.17 Wafer flat locations.

Four point probe determine resistivity→doping conc.

Hot point probe with polarity meter to detective polarity

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Figure 3.18 Inside-diameter saw wafer slicing.

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Figure 3.19 Laser dot coding (Reprinted from the Jan. 1998 edition of Solid State Technology, Copyright 1998 by PennWell Publishing Company.)

Coding

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Figure 3.20 Cross section of MOS transistor.

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Figure 3.21 Abrasive and chemical-mechanical surface polishing.

abrasion slurry lapping: remove surface damage from dicing

CMP: slurry of silica with mild etchant

(potassium/ammonium hydroxide)

Alkaline slurry grow oxides and then mechanically removed.

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Figure 3.21

rough polishing

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Figure 3.21

CMP polishing

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Figure 3.22 Trapping.

Formed by sand blasting Backside damage → dislocat

ion → trap of mobile ionic contamination (Gettering)

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Figure 3.23 Wafer edge grinding.

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Figure 3.24 Typical 200-mm wafer specification.