超大规模集成电路技术基础2修改第二次.ppt

黄君凯 教授,2.2.1 单晶硅棒中掺杂浓度 的分布 定义 （1）多晶硅棒中初始掺杂浓度为 ，则： （2）单晶硅棒中掺杂浓度为 ，则： （3）熔区中掺杂浓度为 ，则：,2.2 硅悬浮区熔法,图2-9 悬浮区熔法,黄君凯 教授,设硅比重为 ，晶棒截面为 ， 处熔区长度为 ，当熔区从尾向顶端移动 距离时，熔区中掺杂杂质数量的改变 为：,图2-10 杂质分布模型,多晶硅中,单晶硅中,黄君凯 教授,当 ，对上式两边积分： 解出： （2-9） 这里注意到晶棒尾端初始熔区中的掺杂杂质数量 ，而任一熔区中有 ，代入上式： （2-10）,黄君凯 教授,先区熔（尾端）硅棒中杂质较少,后区熔（顶端）硅棒中杂质较多,图2-11 分布曲线,黄君凯 教授,一次悬浮区熔提纯效果比Czochralski法差 区熔精炼工艺：多次悬浮区熔法实现了晶体提纯,2.2.2 晶体提纯：区熔精炼工艺,图2-12 多次区熔提纯分布,黄君凯 教授,（1）常规掺杂 当熔区中初始掺杂浓度 远大于多晶硅棒初始掺杂浓度 时，由式（2-9）可得： （2-11） 这里 ，同理可得： （2-12） 【结论】当 较小时， ，故 几乎保持不变。,2.2.3 区熔法掺杂,黄君凯 教授,（2）均匀掺杂：中子辐照工艺 当 较小时，采用热中子对硅片进行辐照，可获得均匀掺杂 ：,图2-13 常规掺杂,图2-14 中子辐照掺杂,中子在硅中穿透深度100cm,半衰期2.62小时,黄君凯 教授,2.3.1 多晶砷化镓初始材料 （1）As-Ga系的相图 复相系统：在一定条件下，某种物质体系内可能含有两个以上不 同的子系统，这个体系称为复相系统。 相：具有相同物理性质和化学性质的子系统构成一个相。 相变：两个相互接触的相之间的宏观物质变化称为相变。,2.3 GaAs晶体生长技术,黄君凯 教授,图2-15 As-Ga系相图,黄君凯 教授,（2）蒸汽压：挥发性表征 硅熔点蒸汽压： 1412 atm 砷化镓熔点蒸汽压： 1240 1atm 砷化镓熔体中，气相态砷 和 的蒸汽压，富砷大于富镓，而气相态镓的 蒸汽压，富镓大于富砷。 由于砷蒸汽压大于镓，砷更容易挥发，导致砷化镓熔体成为富镓型熔体。,图2-16 GaAs熔体蒸汽压,黄君凯 教授,（1）Czochralski法 抑制GaAs熔体离解方法：1atm以下的熔融氧化硼 罩子。 （2）Bridgman（布里奇曼）法 多晶GaAs生长：高温区石墨舟中放置高纯镓。 单晶GaAs生长：高温区石墨舟中放置GaAs籽晶和多晶GaAs。,2.3.2 GaAs单晶体生长技术,图2-17 两段温区的Bridgman法,黄君凯 教授,2.4.1 晶片整形 （1）机械加工 去掉籽晶和锭尾 外圆研磨（确定直径） 磨出主平面和次平面（定位、定向和识别导电类型） 切片 晶片双面研磨（ +甘 油） 倒角（防止碎裂）,2.4 材料特征,图2-18 磨削工艺,图2-19 晶片鉴别,黄君凯 教授,（2）化学加工 酸性腐蚀 ： （氧化剂）， （氧化物溶解）, 醋酸（稀释剂） 碱性腐蚀： ,图2-20 内圆切片,图2-21 边缘倒角,黄君凯 教授,（3）抛光加工：化学机械抛光 抛光垫：聚氨酯层压垫 悬浊液：乳胶（ 颗粒）,图2-22 抛光工艺,黄君凯 教授,图2-23 抛光的硅圆晶片,黄君凯 教授,（1）晶体缺陷 点缺陷：间隙原子、空位、杂质,2.4.2 晶体特征,图2-26 点缺陷,黄君凯 教授,线缺陷：位错（刃型和螺型）,图2-25 线缺陷,黄君凯 教授,面缺陷：晶界和层错（本征及非本征）,图2-26 层错,黄君凯 教授,体缺陷：沉淀与固溶度,图2-27 固溶度,黄君凯 教授,（2）材料特征 单晶硅：Czochralski法制备单晶硅中存在 杂质 和 。 碳 形成缺陷 氧 施主作用（氧形