Ch硅单晶与硅片加工PPT课件

1、Chapter 3Single-Crystal Growth &Wafer Preparation硅单晶的生长与硅片加工硅单晶的生长与硅片加工第1页/共50页 3.1Phase DiagramPhase-change, Solid Solubility & Segregation相图相变、固溶度与分凝3.1.1Phase Diagram 第2页/共50页 基本性质 Lever rule（） 相律（） 三相点 无限互溶（）第3页/共50页3.1.2Impurity Solid Solubility 最大固溶度Frozen-inPrecipitationQuenching 第4页/

2、共50页3.1.3Phenomenon of Segregation Equilibrium Segregation Coefficientk=CS/CL , (& k=CS1/CS2，or * )第5页/共50页 3.2高纯多晶硅的制备地球上最多的元素是Si，化合物是石英砂（SiO2），与焦碳混合，在电炉中还原（16001800C）可以获得9599%的工业粗硅（冶金级硅）。MGS（Metallurgical Grade Silicon）SiO2+2C=Si+2CO第6页/共50页1、硅粉的酸洗HCl、王水、（HF+H2SO4）、蒸馏水第7页/共50页2、中间化合物的精馏提纯与高纯多晶

3、硅的还原1）三氯氢硅法（SiHCl3，trichlorosilanesTCS）合成合成Si+3HClSiHCl3+H2通过控制温度、气压等，抑制SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiH4的产生第8页/共50页第9页/共50页 3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口精馏第10页/共50页还原（氢还原）还原（氢还原）SiHCl3+H211001200CSi+3SiCl4+2H2还原过程中的各种不完全 反应尾气化合物将影响纯度第11页/共50页2）硅烷法（SiH4） a）合成法：SiCl4+4LiHSiH4+4LiCl b）硅化镁分解法：2Mg+Si Mg2SiMg2Si+4NH4Cl 液N

4、H3SiH4 +2MgCl+4NH3第12页/共50页第13页/共50页硅烷热分解SiH4900CSi+2H2三氯氢硅法较经济效率高；硅烷法成本高，纯度高第14页/共50页第15页/共50页第16页/共50页 单晶硅的生长 （直拉法单晶生长，Cz-Si）1、原理：在适当的温度梯度、气压下，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋转牵引下可控地生长。第17页/共50页第18页/共50页2、Cz-Si生长工艺：工艺控制：缩颈(Necking)；零位错生长温度场的分布；（缺陷、杂质、二次热缺陷）旋转速率；（温度场的均匀、杂质均匀）提升速率；（直径、缺陷、应力）弯月面的控制；（生长测控的特征面）气场的

5、控制；（缺陷、杂质）第19页/共50页第20页/共50页第21页/共50页第22页/共50页3、杂质分布的控制：1)杂质的掺入, (高掺杂Si) ：0.001100 cm2)Segregation：生长附面层与有效分凝系数附面层：熔融体附面，杂质附面第23页/共50页impurityk0Al0.002As0.3B0.8C0.007Cu4x10-4Fe8x10-6O1.25P0.35Sb0.023第24页/共50页第25页/共50页3)O、C的控制来源：？检测：FTIR改善：MCz 同时也改善横向均匀性通常：O：1018 cm-3 C：1017 cm-3用途: a)绝大多数分离器件b)集成电路衬

6、底第26页/共50页3.3.2 Float-zone (悬浮区熔法Fz-Si）1、目的：获得低O、C含量的Si2、方法第27页/共50页3、特点 Fz的纵向均匀性比Cz好些; 可以多次区熔提纯,获得探测器级单晶硅; 难以制备大直径单晶 掺杂浓度难以控制第28页/共50页4、NTD Si（Neutron Transmutation Doping，中子嬗变掺杂）1）掺杂：第29页/共50页 其它化合物半导体材料的晶体生长3.4.1.GaAs的LEC （液封直拉法）（Liquid Encapsulated Czochralski Growth）原因：在高温下，Ga、As的蒸气压有很大的不同（Ga：；

7、As：10atm）即：在晶体外保持10atm的As气压才能不使GaAs晶体中的As分离逸出。事实上，在500C热处理时， GaAs晶体近表面（ m）的As已经会有严重的逸出。第30页/共50页第31页/共50页B2O3籽晶优点：生长快、成本低；缺点：位错密度高（热应力大）也适合于InP、GaP等材料的生长第32页/共50页第33页/共50页3.4.2 Bridgman GrowthHB法(Horizontal Bridgman)第34页/共50页优点：装置“简单”；容易控制；缺陷密度较小；缺点：形成“D”型晶体，使用率低；不易得到高阻材料；与石英舟的接触面大；第35页/共50页VGF6in10

8、McmDislocation： 25103cm-3第36页/共50页 晶片的加工3.6.1.器件对材料的要求第37页/共50页3.6.2. Wafer Processing （Slicing，Etching，and Polishing）第38页/共50页1、去头、去尾、测试和分段(外观、纵向均匀性）2、滚磨（ROUNDING）第39页/共50页3、定向、磨参考面（Orientation）4、 Slicing（切片）内圆切割Inner Diameter（ID Saw）晶棒（ingot）粘着偏向（off-orientation）切片厚度？ m损伤层厚度 m第40页/共50页线切割（Wire Saw）第41页/共50页5、倒角（Edge-rounded）第42页/共50页6、Etching & Polishing（腐蚀与抛光）第43页/共50页CMP（化学机械抛光）第44页/共50页双面抛光（DSP）第45页/共50页7、IdentificationMarking，Cleaning，Gettering，and Shiping第46页/共50页第47页/共50页第48页/共50页 晶片的杂质吸除（吸杂）