- 設(shè)備類型
外延工藝是指在襯底上生長完全排列有序的單晶體層的工藝。一般來講,外延工藝是在單晶襯底上生長一層與原襯底相同晶格取向的晶體層。外延工藝廠泛用于半導(dǎo)體制造,如集成電路工業(yè)的外延硅片,MOS 晶體管的嵌入式源漏外延生長,LED襯底上的外延生長等。外延為器件設(shè)計(jì)者在優(yōu)化器件性能方面提供了很大的靈活性,例如可以控制外延層摻雜厚度、濃度、輪廊,外延層還可以減少CMOS器件中的閂鎖效應(yīng),IC制造中最普通的外延反應(yīng)是高溫CVD系統(tǒng)。
碳化硅外延工藝在集成電路制造中的主要應(yīng)用如下:
1、硅襯底外延
硅片制造中為了提高硅片的品質(zhì)通常在硅片上外延一層純凈度更高的本征硅:或者在高攙雜硅襯底上生長外延層以防止器件的門鎖效應(yīng)。
2、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管異質(zhì)結(jié)外延
其原理是在基區(qū)摻入Ge組分,通過減小能帶寬度,從而使基區(qū)少子從發(fā)射區(qū)到基區(qū)跨越的勢壘高度降低,從而提高發(fā)射效率,因而,很大程度上提高了電流放大系數(shù)。
3、CMOS源漏區(qū)選擇性Si/SiGe外延
隨著集成電路器件尺寸的大幅度減小,源漏極的結(jié)深越來越淺,需要采用選擇性外延技術(shù)(SEG)以增厚源漏極來作為后續(xù)硅化反應(yīng)的犧牲層,從而降低串聯(lián)電阻。
4、應(yīng)變硅外延
在松馳的SiGe層上面外延一層單晶Si,由于Si跟SiGe晶格常數(shù)失配而導(dǎo)致Si單晶層受到下面SiGe層的拉伸應(yīng)力而使得電子的遷移率得到提升,這就使得NMOS在保持器件尺寸不變的情況下飽和電流得到增大,意味著器件響應(yīng)速度的提高。
1、含硅氣源(硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷)
碳化硅外延工藝氣體中常用三種含硅氣體源:硅烷SiH4,二氯硅烷SiH2C12,簡稱DCS和三氯硅烷SiHC13,簡稱TCS。硅烷是硅與氫的化合物,化學(xué)式為SiH4,又被稱作甲硅烷或四氫化硅,通常狀況下處于晶體狀態(tài),具有揮發(fā)性,其揮發(fā)蒸氣屬于可燃易爆氣體。二氯硅烷易燃,有毒,對上下呼吸道、皮膚和眼睛有腐蝕性和刺激性,可引起肺炎或肺水腫,眼接觸可致灼傷,導(dǎo)致失明。三氯硅烷易燃,對眼和呼吸道粘膜有強(qiáng)烈刺激作用,高濃度下,引起角膜混濁、呼吸道炎癥,甚至肺水腫,并可伴有頭昏、頭痛、乏力、惡心、嘔吐、心慌等癥狀。
2、刻蝕氣(氯化氫)
碳化硅外延工藝還需要用到刻蝕性氣體氯化氫HCl。氯化氫是無色有刺激性氣味的氣體,分子式為HCL,一般為鹽酸揮發(fā)的蒸氣,屬于對人體有毒有害的氣體,長期吸入或短期吸入較高濃度時,會損害人體呼吸系統(tǒng),引發(fā)肺炎、肺水腫等病癥,情況嚴(yán)重時甚至?xí)<吧?br />3、載氣(氫氣H2)
碳化硅外延工藝反應(yīng)中的載氣一般選用氫氣H2。氫氣,是一種可燃易爆氣體,化學(xué)式為H2,爆炸極限為4.0%~75.6%VOL,和氟氣、氯氣、氧氣、一氧化碳以及空氣混合均有爆炸的危險。由于氫氣比空氣輕,在室內(nèi)使用和儲存時,漏氣上升滯留屋頂不易排出,遇火源即會引起爆炸。
4、其他氣體(鍺烷、甲基硅烷)
碳化硅外延工藝某些特殊外延工藝中還要用到含Ge和C的氣體鍺烷GeH4和甲基硅烷SiH3CH3。鍺烷在常溫常壓狀態(tài)下是一種無色氣體,又稱作甲鍺烷、四氫化鍺,化學(xué)式為GeH4,屬于對人體有毒有害的氣體,職業(yè)接觸限值PC-TWA為0.6mg/m3,臨界不良健康效應(yīng)為溶血和腎損害。甲基硅烷為極端易燃?xì)怏w,爆炸下限為1.3%VOL,爆炸下限為88.9%VOL,泄漏到空氣中的濃度處于此范圍內(nèi)時遇明火、電弧、高溫、火花等就會發(fā)生爆炸。
以采用進(jìn)口高精度氣體傳感器的ERUN-PG51S6固定在線式有毒有害氣體檢測報警儀為例,可以同時檢測并顯示硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氫、氫氣、鍺烷、甲基硅烷等有害氣體的濃度值,超標(biāo)聲光報警,并聯(lián)鎖自動控制排氣風(fēng)機(jī)的啟停,測量數(shù)據(jù)結(jié)果可通過分線制4-20 mA模擬信號量或總線制RS 485(Modbus RTU)數(shù)字量信號以及無線模式傳輸,通過ERUN-PG36E氣體報警控制器在值班室實(shí)時顯示有害氣體的濃度值,并相應(yīng)的觸發(fā)報警動作。
碳化硅外延工藝有害氣體檢測報警儀技術(shù)參數(shù):
產(chǎn)品型號:ERUN-PG51S6
檢測氣體:硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氫、氫氣、鍺烷、甲基硅烷等
量程范圍:0~1、10、100、1000、5000、50000ppm、100%LEL、20%、50%、100%Vol可選,其他量程可訂制
分 辨 率:0.001ppm(0-10ppm高精度)/0.01ppm(0~10 ppm);0.01ppm(0~100 ppm),0.1ppm(0~1000 ppm),1ppm(0~5000 ppm以上); 0.1%LEL;0.01%、0.001%Vol
方法原理:電化學(xué)、催化燃燒、紅外、半導(dǎo)體、PID光離子等可選
精度誤差:≤±2%F.S.(更高精度可訂制)
顯示方式:報警器2.5寸彩屏現(xiàn)場顯示濃度值;控制器主機(jī)9寸彩屏值班室顯示濃度值
報警方式:現(xiàn)場聲光報警,值班室聲光報警
數(shù)據(jù)傳輸:4-20mA、RS485,可選無線傳輸
防護(hù)功能:IP66級防水防塵
防爆功能:隔爆型,Ex d ⅡC T6 Gb級防爆
以上就是關(guān)于硅片外延工藝危險有害氣體有哪些的相關(guān)介紹,外延工藝是一種薄膜單晶生長技術(shù),特指在通入反應(yīng)氣體的高溫爐子中,沿著原有硅基片的晶軸方向,生長一層導(dǎo)電類型、電阻率、厚度和晶格結(jié)構(gòu)完整性都符合要求的新硅單晶層的過程。但是在整個碳化硅芯片外延工藝過程中卻存在著包括硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、氯化氫、氫氣、鍺烷、甲基硅烷等在內(nèi)的危險有害氣體,為了防止這些碳化硅芯片外延工藝氣體泄漏造成危險事故,需要在現(xiàn)場安裝使用碳化硅外延生產(chǎn)區(qū)有害氣體報警器來實(shí)現(xiàn)24小時不間斷連續(xù)實(shí)時在線監(jiān)測這些碳化硅芯片外延工藝氣體的濃度值并超標(biāo)報警自動聯(lián)鎖風(fēng)機(jī)電磁閥啟停等功能。