半导体电子气体行业报告：电子特气（60页）

行业报告下载 2020年04月08日 07:47 管理员

化学气相沉积（CVD）过程中的电子气体用来生成沉积薄膜；CVD 是利用真空状态下，多种气体混合并发生化学反应最终将反应物沉积成膜的过程。不同的沉积薄膜需要不同的电子气体，在 SiO2 的沉积中，会使用到硅烷，原硅酸四乙酯（TEOS）等等气体。在氮化物沉积层中，使用氨气（NH3），硅烷，SiCl2H2，在钨沉积中使用 WF6，硅烷，而 TiN 薄膜制备中需要 TiCl4 和氨气等等化学气相沉淀的反应物大部分都是以气体形态存在。比如在二氧化硅介质（SiO2）和氮化硅（Si3N4）介质的生成过程中，常用的是 CVD 方法生成该层薄膜，辅助气体分别是高纯氧气，一氧化二氮，和氨气。在反应的过程中，将反应气体按照特定比例混合在一起，然后通到反应腔中，再往反应腔通入辅助气体，在特定压力和温度下，会发生化学反应，SiH4+O2->SiO2+2H2 生成 SiO2，3SiH2Cl2+4NH3->Si3N4+6HCl+6H2 生成 Si3N4。然后生成的目标介质沉积到下面的晶圆上，形成介质膜。由于晶圆制造过程中所涉及到的沉积薄膜种类较多，每层要求不同，所以 CVD 需要的电子气体种类是最多的。

离子注入气体是在作为参杂气体注入到晶圆表面。集成电路的最微观结构是由 PN 结构成的，分别为 P 型区和 N 型区。而形成 P 型区和 N 型区的主要制造步骤就是离子注入。在 P 型区，主要离子注入元素为硼（B），铟（In）。气体主要为三氟化硼（BF3），乙硼烷（B2H6），磷化铟（InP）等等。在 N 型区，主要离子注入元素为砷（As），磷（P）等等。气体主要为砷化氢（AsH3），磷化氢（PH3）等等。离子注入的方法是在真空中，将气体电离并加速，然后通过较大动能，直接进入到硅半导体中。但是由于这样的轰击是纯粹的物理撞击，所以很容易引起硅晶格产生缺陷。为了解决硅晶格缺陷问题，往往在离子注入过后进行，退火过程，来修复缺陷。在退火过程中，也需要惰性气体进行保护。部分离子注入气体具有很强的毒性，比如 AsH3 等气体，所以在制造和使用过程中具有很强的壁垒。

外延沉积气体是在硅晶圆表面生成外延层；外延层生长一般具有以下几种特性，低（高）阻衬底上外延生长高（低）阻外延层，P（N）型衬底上外延生长 N（P）型外延层，与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长，外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度。正是由于这些优点的存在，所以在一些制程中使用外延层来代替原有硅衬底。起到提高芯片性能的目的。在化合物半导体中，用外延层技术生长如 GaAs 等异质结构层。与 CVD 类似，外延沉积也是通过多种气体化学反应的方式，将反应生成物沉积到晶圆表面的过程。由于硅外延层一般沉积硅原子层，所以所用到的气体种类与 CVD 相比会相对较少。常常用到四氯化硅（SiCl4），二氯二氢硅（SiH2Cl2），三氯氢硅（SiHCl3）作为硅源发生化学反应后生成硅，最后沉积到晶圆表面。新生成的外延层硅与晶圆衬底硅，虽然元素相同，但是在电阻率，参杂浓度等方面，外延层是可控的，所以在一些制程中，要使用外延层作为芯片制造区域。在 GaN，GaAs 和 SiC 等化合物半导体中，会沉积 GaN，GaAs 和 SiC 薄膜层。会使用 TMGa，NH3， AsH4，CH3SiCl3，H2 等气体作为外延沉积气体。