半导体化学第二章课件

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晶体生长半导体制造工艺基础23导电性：绝缘体、半导体及导体。绝缘体:电导率很低，约介于20-18S/cm～10-8S/cm,如熔融石英及玻璃；导体：电导率较高，介于104S/cm～106/cm，如铝、银等金属。半导体：电导率则介于绝缘体及导体之间。半导体材料5电子和空穴

用砷来做N型掺杂的硅;用硼来做P型掺杂的硅6掺杂半导体的特性7硅、锗都是由单一原子所组成的元素半导体，均为周期表第IV族元素。20世纪50年代初期锗曾是最主要的半导体材料；60年代初期以后，硅已取代锗成为半导体制造的主要材料。硅的优势：硅器件在室温下有较好的特性；高品质的硅氧化层可由热生长的方式产生，成本低；硅含量占地表的25%，仅次于氧，储量丰富。元素(elements)半导体一、晶体和非晶体非晶体物质的内部原子排列没有一定的规律，当断裂时断口也是随机的，如塑料和玻璃等晶体物质，外形呈现天然的有规则的多面体，具有明显的棱角与平面，其内部的原子是按照一定的规律整齐的排列起来，所以破裂时也按照一定的平面断开，如食盐、水晶等。

10二、单晶硅和多晶硅单晶硅：在晶体中，组成晶体的原子有周期重复性的在空间中排列，如果这种周期重复性的排列存在于整个晶体中，这种物质就是单晶。多晶：晶体由无数个小的单晶区域组成。（无规律）11三、晶向因为晶体的各向异性，所以不同的器件要求的晶向不同小括号（）表示平面尖括号<>表示对应的方向MOS器件最常用（100）面的硅片，因为（100）面的表面状态更有利于控制MOS器件开关态所要求的阈值电压。砷化镓技术也用（100）面的硅片。双极型器件常用（111）面得硅片，因为（111）面得原子密度更大，更容易生长，生长成本最低。第二章晶体生长本章重点、难点关于硅片的一些基本概念生长单晶硅的两种方法硅片制备的流程以及各个步骤的作用晶体缺陷分类14原材料多晶单晶晶片SiSiO2蒸馏与还原晶体生长研磨、切割抛光从原料到抛光晶片的制造流程第二章晶体生长多晶硅单晶硅棒晶圆片172.1.2

Cz直拉法拉晶机：1、熔炉2、拉晶的机械装置3、环境控制装置18单晶生长19

图2.3直拉法生长的直径为300mm(12in.)400mm(16in.)单晶硅锭2122

在晶体的生长过程中，晶体中初始的掺杂浓度为k0C0，如果k0<1，掺杂浓度将会持续增加；当k0>1时，掺杂浓度将会持续减少；当k0≈1时，可以获得均匀的掺杂浓度分布。23例1

一个直拉法生长的硅锭，应在熔融液中掺入多少硼原子，才能使其每立方厘米包含1016个硼原子？查表得掺硼时的平衡分凝系数k0=0.8,我们假设在整个晶体生长过程中Cs=k0Cl

硼原子的初始浓度为

Cl=1016／0.8=1.25×1016个／㎝3假设开始在坩埚里有60kg的硅，若要达到上述掺杂浓度应该加入多少克的硼（硼的摩尔质量为10.8g）？熔融硅的密度为2.53g／㎝3。60kg熔融液的体积为：60×103／2.53=2.37×104

㎝3硼原子在熔融液中的总数为：1.25×1016×2.37×104=2.96×1020个所需掺硼的重量为：2.96×1020×10.8／6.02×1023=5.31mg25有效分凝系数:Cs与远离界面处熔融液中掺杂浓度的比值在晶体内的均匀掺杂分布（ke→1）1、可由高的拉晶速率和低的旋转速率获得。2、持续不断的加入高纯度的多晶硅于融体中，使初始的掺杂浓度维持不变。2.2区熔法单晶生长工艺区熔法（float-zone）可以生长比一般Cz法纯度更高的单晶硅。生长的晶体主要用于高电阻率材料的器件，如高功率、高压等器件。多晶硅棒RF线圈单晶籽晶272.4材料特性1、整型处理：去掉两端：晶体生长后，先去除头部（包含籽晶）和晶锭的尾端。径向研磨：磨光晶锭以确定晶片直径。硅片定位边或定位槽：沿着晶锭轴向磨出一个或数个平面。这些平面标示出晶锭的特定晶体方向和材料的导电形态。主磨面－最大的面，用于机械定向器去固定晶片的位置并确定器件和晶体的相对方向。次磨面－较小的面，用来标识晶体的方向和导电形态。2.4.1晶片成型定位槽（200mm以上的硅片）晶圆制备30切片：300mm硅片目前的厚度是775±25微米。研磨：目的是减少晶圆片正面和背面的锯痕和表面损伤，同时打薄晶圆片。倒角：将晶圆片的边缘磨圆，彻底消除将来电路制作过程中破损的可能性，这一步骤很关键。（研磨之前或之后）刻蚀：利用化学刻蚀选择性消除硅片表面损伤和沾污。抛光（CMP）：提高整体清洁度以进一步减少破损，形成高度平坦化、高度洁净表面的晶片。清洗：使用氢氧化钠、乙酸和硝酸的混合物以减轻磨片过程中产生的损伤和裂纹。

31支架固定金刚石轮高速旋转切片研磨倒角清洗抛光装盒硅晶圆片的制备过程刻蚀32切割决定四个晶片参数：晶体方向、厚度、倾斜度和弯曲度。切割后，用氧化铝和甘油的混合液研磨，一般研磨到2μm的平坦度。332.4.2晶体特性

晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。点缺陷－替代、填隙、空位和弗兰克尔缺陷。影响点缺陷产生的因素是：生长速率和晶体熔融体界面间的温度梯度。34线缺陷，亦称位错－刃型位错和镙位错。一般位错是由器件制作过程中硅片表面的热氧化引入的。35面缺陷孪晶（在一个界面上晶体沿着两个不同的方向生长）晶粒间界。反映孪晶