Ch-3硅單晶與硅片加工課件

Chapter3Single-CrystalGrowth&WaferPreparation硅單晶的生長與硅片加工3.1 PhaseDiagram

—Phase-change,SolidSolubility&Segregation

相圖—相變、固溶度與分凝 3.1.1PhaseDiagram基本性質(zhì)Leverrule（F2.1）相律（F2.2）三相點無限互溶（F2.3）3.1.3 PhenomenonofSegregation

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

)3.2 高純多晶硅的制備

地球上最多的元素是Si， 化合物是石英砂（SiO2），

與焦碳混合，在電爐中還原（1600~1800°C）可以獲得95~99%的工業(yè)粗硅（冶金級硅）。MGS（MetallurgicalGradeSilicon） SiO2+2C=Si+2CO↑1、硅粉的酸洗 HCl、王水、（HF+H2SO4）、蒸餾水 3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口精餾

還原（氫還原） SiHCl3+H2—1100~1200C→Si+3SiCl4+2H2

還原過程中的各種不完全反應(yīng)尾氣化合物將影響純度 硅烷熱分解 SiH4—900C→Si+2H2三氯氫硅法較經(jīng)濟(jì) 效率高；９Ｎ硅烷法成本高，純度高

3.3單晶硅的生長3.3.1（直拉法單晶生長，Cz-Si） 1、原理：在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻?、氣壓下，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋轉(zhuǎn)牽引下可控地生長。

2、Cz-Si生長工藝：

工藝控制： 縮頸(Necking)；零位錯生長 溫度場的分布；（缺陷、雜質(zhì)、二次熱缺陷） 旋轉(zhuǎn)速率；（溫度場的均勻、雜質(zhì)均勻） 提升速率；（直徑、缺陷、應(yīng)力） 彎月面的控制；（生長測控的特征面） 氣場的控制；（缺陷、雜質(zhì)）

3、雜質(zhì)分布的控制：

1) 雜質(zhì)的摻入,(高摻雜Si)

：0.001~100cm

2) Segregation： 生長附面層與有效分凝系數(shù)

附面層：熔融體附面，雜質(zhì)附面

3) O、C的控制來源：？

檢測：FTIR改善：MCz

同時也改善橫向均勻性通常：O：~1018cm-3 C：<1017cm-3用途: a)絕大多數(shù)分離器件 b)集成電路襯底

3.3.2Float-zone(懸浮區(qū)熔法—Fz-Si） 1、目的：獲得低O、C含量的Si 2、方法F2.21

4、NTDSi （NeutronTransmutationDoping，中子嬗變摻雜） 1）摻雜：3.4其它化合物半導(dǎo)體材料的晶體生長 3.4.1. GaAs的LEC（液封直拉法） （LiquidEncapsulatedCzochralskiGrowth）原因：在高溫下，Ga、As的蒸氣壓有很大的不同（Ga：~0.001atm；As：~10atm） 即：在晶體外保持10atm的As氣壓才能不使GaAs晶體中的As分離→逸出。

事實上，在~500°C熱處理時，GaAs晶體近表面（~m）的As已經(jīng)會有嚴(yán)重的逸出。

B2O3籽晶優(yōu)點：生長快、成本 低；缺點：位錯密度高 （熱應(yīng)力大）也適合于InP、GaP等材料的生長

3.4.2 BridgmanGrowth HB法(HorizontalBridgman) 優(yōu)點：

裝置“簡單”；容易控制；缺陷密度較小； 缺點：

形成“D”型晶體，使用率低； 不易得到高阻材料； 與石英舟的接觸面大；

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

3.6.2.WaferProcessing （Slicing，Etching，andPolishing） 1、去頭、去尾、測試和分段 (外觀、縱向均勻性） 2、滾磨（ROUNDING）

3、定向、磨參考面（Orientation） 4、Slicing（切片） 內(nèi)圓切割I(lǐng)nnerDiameter（IDSaw）晶棒（ingot）粘著偏向（off-orientation）切片厚度？m損傷層厚度~m線切割（WireSaw） 5、倒角（Edge-rounded） 6、Etching&Polishing（腐蝕與拋光）CMP（化學(xué)機(jī)械拋光） 雙面拋光（DSP） 7、IdentificationMarking，Cleaning，Gettering，andShiping3.7晶片的雜質(zhì)吸除（吸雜）工藝雜質(zhì)吸除Getter