往期的文章中,介绍了晶圆退火工艺的常见类型冠达配资,见文章:
在晶圆退火工艺中,对于不同的芯片产品,所选用的退火氛围也是不同的,以实现不同的功能。不同的退火气体可产生不同的化学或物理效应,从而影响到晶体结构、电性能等。那么常见的退火气体有哪些?各有什么作用?各应用在哪些芯片产品中?
退火气体的选择原则?
在大多数的退火过程中,我们通常不希望气体与晶圆材料发生任何化学反应。在这种情况下,我们通常会选择化学稳定的气体。但在某些特定的退火工艺中,我们又希望气体与晶圆材料产生某种特定的化学反应,以形成所需的结构。
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退火气体的种类有哪些?
常用:氮气(N2)、氩气(Ar)、氦气(He),N2/H2,H2/He
展开剩余74%不常用:氨气(NH3)、甲烷(CH4)冠达配资,含氟气体,CH4/Ar,NH3/Ar
氮气 (N₂):
氮气是一个不活跃的气体,通常不与大多数晶圆材料发生化学反应。但在高温下氮气可以与硅等材料形成硅氮化物层。这种薄膜可以提供良好的电性能,在制造MOSFETs时,氮气退火可以用来形成门氧化物的顶部和底部的氮化层,是MOSFETs首选的退火气体。
氦气 (He):
氦气是最小的惰性气体,它不与其他物质发生化学反应。它的主要用途是作为热传导媒介,确保晶圆在退火过程中均匀加热,一般用作载气。
氩气 (Ar):
氩气也是一种稳定的惰性气体,不容易与其他物质发生化学反应。与氦气类似,氩气主要作为传热介质使用,但由于其较大的原子尺寸,其热传导性质略有不同。在退火中,它可以确保晶圆均匀加热。
氢气 (H₂):
氢气在高温下可以与晶圆上的氧、碳元素反应,从而去除晶圆上的有机或其他杂质。此外,氢气还可以还原一些金属氧化物,将它们转化为纯金属。在CMOS制程中,氢气退火经常用于去除栅氧化物/多晶硅界面的杂质,这有助于提高晶体管的电性能。在进行氢退火时,必须小心控制所有参数,以确保安全性。因为氢易燃,并且可以与空气中的氧形成爆炸性混合物。因此,纯氢退火必须在受控环境中进行,确保不会有空气泄漏进入,并确保设备的完整性,一般会用惰性气体稀释。
N2/H2
用 ~90% – 96% 氮气和 ~4% – 10% 氢气的混合物,通过两条带有质量流量控制器的气体管分别通入N2与H2,这样更精确地控制混合比例和流量。同时具备了N2与H2退火的特性,又降低了H2的危险性,应用范围较广。
由于篇幅原因,不太常用的晶圆退火气体就不在此详细讲诉了,有兴趣的朋友可以自行翻阅资料查询!
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