半導(dǎo)體化學(xué)第二章課件

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晶體生長半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ)23導(dǎo)電性：絕緣體、半導(dǎo)體及導(dǎo)體。絕緣體:電導(dǎo)率很低，約介于20-18S/cm～10-8S/cm,如熔融石英及玻璃；導(dǎo)體：電導(dǎo)率較高，介于104S/cm～106/cm，如鋁、銀等金屬。半導(dǎo)體：電導(dǎo)率則介于絕緣體及導(dǎo)體之間。半導(dǎo)體材料5電子和空穴

用砷來做N型摻雜的硅;用硼來做P型摻雜的硅6摻雜半導(dǎo)體的特性7硅、鍺都是由單一原子所組成的元素半導(dǎo)體，均為周期表第IV族元素。20世紀(jì)50年代初期鍺曾是最主要的半導(dǎo)體材料；60年代初期以后，硅已取代鍺成為半導(dǎo)體制造的主要材料。硅的優(yōu)勢：硅器件在室溫下有較好的特性；高品質(zhì)的硅氧化層可由熱生長的方式產(chǎn)生，成本低；硅含量占地表的25%，僅次于氧，儲量豐富。元素(elements)半導(dǎo)體一、晶體和非晶體非晶體物質(zhì)的內(nèi)部原子排列沒有一定的規(guī)律，當(dāng)斷裂時斷口也是隨機(jī)的，如塑料和玻璃等晶體物質(zhì)，外形呈現(xiàn)天然的有規(guī)則的多面體，具有明顯的棱角與平面，其內(nèi)部的原子是按照一定的規(guī)律整齊的排列起來，所以破裂時也按照一定的平面斷開，如食鹽、水晶等。

10二、單晶硅和多晶硅單晶硅：在晶體中，組成晶體的原子有周期重復(fù)性的在空間中排列，如果這種周期重復(fù)性的排列存在于整個晶體中，這種物質(zhì)就是單晶。多晶：晶體由無數(shù)個小的單晶區(qū)域組成。（無規(guī)律）11三、晶向因?yàn)榫w的各向異性，所以不同的器件要求的晶向不同小括號（）表示平面尖括號<>表示對應(yīng)的方向MOS器件最常用（100）面的硅片，因?yàn)椋?00）面的表面狀態(tài)更有利于控制MOS器件開關(guān)態(tài)所要求的閾值電壓。砷化鎵技術(shù)也用（100）面的硅片。雙極型器件常用（111）面得硅片，因?yàn)椋?11）面得原子密度更大，更容易生長，生長成本最低。第二章晶體生長本章重點(diǎn)、難點(diǎn)關(guān)于硅片的一些基本概念生長單晶硅的兩種方法硅片制備的流程以及各個步驟的作用晶體缺陷分類14原材料多晶單晶晶片SiSiO2蒸餾與還原晶體生長研磨、切割拋光從原料到拋光晶片的制造流程第二章晶體生長多晶硅單晶硅棒晶圓片172.1.2

Cz直拉法拉晶機(jī)：1、熔爐2、拉晶的機(jī)械裝置3、環(huán)境控制裝置18單晶生長19

圖2.3直拉法生長的直徑為300mm(12in.)400mm(16in.)單晶硅錠2122

在晶體的生長過程中，晶體中初始的摻雜濃度為k0C0，如果k0<1，摻雜濃度將會持續(xù)增加；當(dāng)k0>1時，摻雜濃度將會持續(xù)減少；當(dāng)k0≈1時，可以獲得均勻的摻雜濃度分布。23例1

一個直拉法生長的硅錠，應(yīng)在熔融液中摻入多少硼原子，才能使其每立方厘米包含1016個硼原子？查表得摻硼時的平衡分凝系數(shù)k0=0.8,我們假設(shè)在整個晶體生長過程中Cs=k0Cl

硼原子的初始濃度為

Cl=1016／0.8=1.25×1016個／㎝3假設(shè)開始在坩堝里有60kg的硅，若要達(dá)到上述摻雜濃度應(yīng)該加入多少克的硼（硼的摩爾質(zhì)量為10.8g）？熔融硅的密度為2.53g／㎝3。60kg熔融液的體積為：60×103／2.53=2.37×104

㎝3硼原子在熔融液中的總數(shù)為：1.25×1016×2.37×104=2.96×1020個所需摻硼的重量為：2.96×1020×10.8／6.02×1023=5.31mg25有效分凝系數(shù):Cs與遠(yuǎn)離界面處熔融液中摻雜濃度的比值在晶體內(nèi)的均勻摻雜分布（ke→1）1、可由高的拉晶速率和低的旋轉(zhuǎn)速率獲得。2、持續(xù)不斷的加入高純度的多晶硅于融體中，使初始的摻雜濃度維持不變。2.2區(qū)熔法單晶生長工藝區(qū)熔法（float-zone）可以生長比一般Cz法純度更高的單晶硅。生長的晶體主要用于高電阻率材料的器件，如高功率、高壓等器件。多晶硅棒RF線圈單晶籽晶272.4材料特性1、整型處理：去掉兩端：晶體生長后，先去除頭部（包含籽晶）和晶錠的尾端。徑向研磨：磨光晶錠以確定晶片直徑。硅片定位邊或定位槽：沿著晶錠軸向磨出一個或數(shù)個平面。這些平面標(biāo)示出晶錠的特定晶體方向和材料的導(dǎo)電形態(tài)。主磨面－最大的面，用于機(jī)械定向器去固定晶片的位置并確定器件和晶體的相對方向。次磨面－較小的面，用來標(biāo)識晶體的方向和導(dǎo)電形態(tài)。2.4.1晶片成型定位槽（200mm以上的硅片）晶圓制備30切片：300mm硅片目前的厚度是775±25微米。研磨：目的是減少晶圓片正面和背面的鋸痕和表面損傷，同時打薄晶圓片。倒角：將晶圓片的邊緣磨圓，徹底消除將來電路制作過程中破損的可能性，這一步驟很關(guān)鍵。（研磨之前或之后）刻蝕：利用化學(xué)刻蝕選擇性消除硅片表面損傷和沾污。拋光（CMP）：提高整體清潔度以進(jìn)一步減少破損，形成高度平坦化、高度潔凈表面的晶片。清洗：使用氫氧化鈉、乙酸和硝酸的混合物以減輕磨片過程中產(chǎn)生的損傷和裂紋。

31支架固定金剛石輪高速旋轉(zhuǎn)切片研磨倒角清洗拋光裝盒硅晶圓片的制備過程刻蝕32切割決定四個晶片參數(shù)：晶體方向、厚度、傾斜度和彎曲度。切割后，用氧化鋁和甘油的混合液研磨，一般研磨到2μm的平坦度。332.4.2晶體特性

晶體缺陷：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。點(diǎn)缺陷－替代、填隙、空位和弗蘭克爾缺陷。影響點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的因素是：生長速率和晶體熔融體界面間的溫度梯度。34線缺陷，亦稱位錯－刃型位錯和鏍位錯。一般位錯是由器件制作過程中硅片表面的熱氧化引入的。35面缺陷孿晶（在一個界面上晶體沿著兩個不同的方向生長）晶粒間界。反映孿晶