如何理解電子特氣在晶圓加工各環節中的作用原理？

下面我來詳細介紹電子特氣在晶圓加工各環節中的作用原理。

1.CVD 外延沉積環節（硅烷氣為主）

外延沉積位于硅片初生產環節，指在襯底硅片上鍍上一層單晶薄膜（外延硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜、非晶硅膜）作為緩 沖層阻止有害雜質進入晶圓襯底。常用的方法有化學氣相沉積法（CVD）和物理氣相沉積法（PVD），化學氣相沉積法需 用到大量電子氣體，是指氣體混合物（也稱外延氣，組分特氣甲硅烷、乙硅烷、氯硅烷、二氯二氫硅、5N以上高純氯化氫、 鍺烷和稀釋氣氦/氬/氫/氮的混合氣）和 MO 源（高純金屬有機化合物）發生化學反應，生成固態膜沉積在硅片表面，含硅 薄膜制備具有生長速率快、結晶質量好等特點。CVD 具體流程通常包括氣體傳輸至沉積區域、膜先驅物的形成、膜先驅物 附著在硅片表面、膜先驅物粘附、膜先驅物擴散、表面反應、副產物從表面移除、副產物從反應腔移除等八個主要步驟。 化學氣相沉積膜中所有的物質都源于外部氣源，原子或分子會沉積在硅片表面形成薄膜。 注：外延片的作用是在電阻極低的襯底上生長一層高電阻率外延層，器件制作在外延層上，這樣高電阻率的外延層保證了 晶體管間有高的擊穿電壓，而低電阻的襯底又降低了基片的電阻，從而降低了飽和壓降，在兩者間形成了平衡。

2. 光刻環節（Ar/Kr/Ne/F 混合光刻氣）

光刻：包括涂敷光刻膠、前烘、曝光、顯影、堅膜等工序，即在硅片表面覆蓋一層具有高度光敏感性光刻膠，再用光線 （一般是紫外光、深紫外光、極紫外光）透過掩模照射在硅片表面，被光線照射到的光刻膠會發生反應形成交聯結構，此 后用特定溶劑洗去被照射（正性光刻，曝光部分的光刻膠易溶于顯影液，形成圖形與掩模版上相同，小尺寸高端芯片多使 用該方法）/未被照射的光刻膠，進而實現設計好的電路圖從掩模板到晶圓表面的轉移。 光刻過程中一般用到的電子特氣為光刻混合氣（Ar/F/Ne 、Kr/Ne 、Ar/Ne 、Kr/F/Ne 混合氣等），這種混合氣體在高壓受 激發后，就會形成等離子體(部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后產生的正負離子組成的電中性離子化氣體狀物質)， 在這個過程中，由于電子躍遷，會產生固定波長的光線，激發出來的紫外光線經過聚合、濾波等過程就會產生光刻機的光 源，再經過復雜的光路對硅晶圓進行光刻。

3.刻蝕環節（氟基電子特氣）

刻蝕是指采用物理或化學方法，從襯底上的晶體薄膜有選擇地去除材料，從而使掩膜圖形正確復制在硅片薄膜上。常見的 刻蝕方法分為干法化學刻蝕和濕法化學刻蝕，濕法刻蝕是利用液態化學試劑或溶液通過化學反應進行刻蝕；干法化學刻蝕 是利用低壓放電使導入氣體產生等離子體中的離子或游離基，進而與材料發生化學反應，產生帶電離子、分子、電子及化 學活性很強的原子（分子）團，當產生的原子（分子）團擴散到被刻蝕膜層的表面時，會與硅片上的單晶薄膜反應生成具 有揮發性的物質，并被真空設備抽離排出。干法刻蝕的優點是各向異性 (即垂直方向刻蝕速率遠大于橫向速率)明顯、特征 尺寸控制良好、化學品使用和處理費用低、蝕刻速率高、均勻性好、良率高等，常用的干法刻蝕是等離子體刻蝕。 硅片刻蝕氣體主要為氟基氣體。常見的氟基氣體包括 CF4、SF6、C2F6、NF3，以及氯基（Cl2）氣體和溴基（Br2、HBr） 氣體等。在刻蝕工藝中，O2 和 H2 會被適當地加入，并參與輔助反應，從而達到調節離子濃度，影響刻蝕速率的目的。

4.摻雜環節（含砷、硼、磷元素的特氣）

摻雜是指將需要的雜質摻入特定的襯底基片中，形成 pn 結、電阻、歐姆接觸等，從而改變半導體電學性質的過程。摻雜工 藝主要有擴散和離子注入（雜質摻入量可精準控制、重復性好、加工溫度低，已成為主流技術），擴散是在 900-1200℃的 高溫和不同濃度梯度的 p 型（硼）或 n 型（砷、磷）雜質氣氛下，使摻雜源向襯底的確定性區域擴散，III（硼類）、V （砷 類、磷類）族元素占據硅原子位置形成 pn結的過程；離子注入是直接將具有很高能量的雜質離子射入半導體襯底中，注入 能量一般在 1KeV-1MeV，對應的平均離子分布深度在 10nm-10um 間。 p 型半導體是在硅(鍺)單晶中摻入少量三價元素硼(或鋁、銦、鎵等)，常用的三價摻雜氣體有三溴化硼、三氟化硼、乙硼烷 等；n 型半導體是在硅(鍺)單晶中摻入少量五價元素磷 (或砷、銻等)，常用的五價摻雜氣體有磷烷、三氯氧磷、三氟化磷、 五氟化磷、砷烷、五氟化砷、五氯化銻等。