Ch-3硅单晶与硅片加工课件

Chapter3Single-CrystalGrowth&WaferPreparation硅单晶的生长与硅片加工3.1 PhaseDiagram

—Phase-change,SolidSolubility&Segregation

相图—相变、固溶度与分凝 3.1.1PhaseDiagram基本性质Leverrule（F2.1）相律（F2.2）三相点无限互溶（F2.3）3.1.3 PhenomenonofSegregation

EquilibriumSegregationCoefficient k=CS/CL,(&k=CS1/CS2，or***

)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（1600~1800°C）可以获得95~99%的工业粗硅（冶金级硅）。MGS（MetallurgicalGradeSilicon） SiO2+2C=Si+2CO↑1、硅粉的酸洗 HCl、王水、（HF+H2SO4）、蒸馏水 3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口精馏

还原（氢还原） SiHCl3+H2—1100~1200C→Si+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 硅烷热分解 SiH4—900C→Si+2H2三氯氢硅法较经济 效率高；９Ｎ硅烷法成本高，纯度高

3.3单晶硅的生长3.3.1（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。

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） 气场的控制；（缺陷、杂质）

3、杂质分布的控制：

1) 杂质的掺入,(高掺杂Si)

：0.001~100cm

2) 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

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：~1018cm-3 C：<1017cm-3用途: a)绝大多数分离器件 b)集成电路衬底

3.3.2Float-zone(悬浮区熔法—Fz-Si） 1、目的：获得低O、C含量的Si 2、方法F2.21

4、NTDSi （NeutronTransmutationDoping，中子嬗变掺杂） 1）掺杂：3.4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） （LiquidEncapsulatedCzochralskiGrowth）原因：在高温下，Ga、As的蒸气压有很大的不同（Ga：~0.001atm；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~500°C热处理时，GaAs晶体近表面（~m）的As已经会有严重的逸出。

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

3.4.2 BridgmanGrowth HB法(HorizontalBridgman) 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；

VGF6in~10McmDislocation：2~5103cm-33.6晶片的加工3.6.1. 器件对材料的要求

3.6.2.WaferProcessing （Slicing，Etching，andPolishing） 1、去头、去尾、测试和分段 (外观、纵向均匀性） 2、滚磨（ROUNDING）

3、定向、磨参考面（Orientation） 4、Slicing（切片） 内圆切割InnerDiameter（IDSaw）晶棒（ingot）粘着偏向（off-orientation）切片厚度？m损伤层厚度~m线切割（WireSaw） 5、倒角（Edge-rounded） 6、Etching&Polishing（腐蚀与抛光）CMP（化学机械抛光） 双面抛光（DSP） 7、IdentificationMarking，Cleaning，Gettering，andShiping3.7晶片的杂质吸除（吸杂）工艺杂质吸除Getter