硅單晶加工及質(zhì)量要求

關(guān)于硅單晶加工及質(zhì)量要求第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月單晶硅性能測(cè)試測(cè)試項(xiàng)目主要包括：物理性能：?jiǎn)尉w檢驗(yàn)、晶向測(cè)定電氣性能：導(dǎo)電類型與電阻率測(cè)試缺陷及雜質(zhì)含量確定第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月物理性能測(cè)試—單晶體檢驗(yàn)物理性能測(cè)試主要包括外觀檢驗(yàn)、規(guī)格檢驗(yàn)和晶向測(cè)定單晶體外表面晶向一致，對(duì)光線的反射均勻—外觀檢驗(yàn)規(guī)格檢驗(yàn)：直徑與重量測(cè)量—是否符合標(biāo)準(zhǔn)第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月物理性能測(cè)試—晶向測(cè)定晶向測(cè)定方法：腐蝕法原理：晶體結(jié)構(gòu)的各向異性同種腐蝕液（如鉻酸）中，相同腐蝕時(shí)間內(nèi)，不同晶向原子被腐蝕程度不同，造成在硅晶表面形成的腐蝕坑形狀不同。第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣參數(shù)測(cè)試單晶體的電氣參數(shù)主要包括：導(dǎo)電類型、電阻率和非平衡少數(shù)載流子壽命等。導(dǎo)電類型：判斷屬于N型（電子）或P型（空穴）半導(dǎo)體；電阻率：測(cè)定半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能；非平衡少數(shù)載流子壽命：少子壽命第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)電類型測(cè)試-熱探針法原理：利用冷、熱探針與材料接觸時(shí)，熱探針激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)；多數(shù)載流子在兩探針間存在濃度差并向冷探針附近擴(kuò)散；探針間形成電位差。產(chǎn)生的電流流經(jīng)光點(diǎn)檢測(cè)計(jì)，引起檢測(cè)計(jì)偏轉(zhuǎn)，依據(jù)偏轉(zhuǎn)方向可判斷材料類型。第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻率測(cè)試電阻率是反映半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的重要參數(shù)，根據(jù)測(cè)量半導(dǎo)體電阻率可求得半導(dǎo)體材料的載流子濃度，進(jìn)而計(jì)算材料的雜質(zhì)濃度?；緶y(cè)量方法：

兩探針法、四探針法等。第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻率測(cè)試—兩探針法作用原理：試樣兩端接直流電源，引出線與試樣之間保持歐姆接觸特性，電流回路上串接標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs，用電位差計(jì)測(cè)量電阻上的電壓降，計(jì)算流過試樣的電流，然后用兩個(gè)靠彈簧壓緊的探針在試樣長(zhǎng)度方向上測(cè)量某兩點(diǎn)的電壓降Vr，并測(cè)出兩點(diǎn)之間的距離L，可求得樣品電阻率。第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻率測(cè)試—四探針法作用原理：試樣接直流電源，采用四根探針與被測(cè)樣品形成歐姆接觸，在探針1和4間通電流I1-4，探針2與3之間形成電位差V2-3，計(jì)算可得樣品的電阻率。C為修正因子，取決于探針排列方法與針距。第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月非平衡少數(shù)載流子壽命測(cè)試

半導(dǎo)體材料內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子、空穴處于產(chǎn)生和復(fù)合的動(dòng)態(tài)平衡過程，采用光照或離子注入等外界干擾影響材料時(shí)，平衡狀態(tài)被打破，引入的多余電子或空穴對(duì)導(dǎo)致出現(xiàn)非平衡狀態(tài)。引入的電子、空穴對(duì)就稱為非平衡載流子。

非平衡載流子壽命：從打破平衡狀態(tài)至非平衡狀態(tài)再到新平衡狀態(tài)所需平均時(shí)間就是非平衡少數(shù)載流子平均存在的時(shí)間，稱為少子壽命。表征了非平衡載流子的平均生存時(shí)間。

晶格不完整性越大，少子壽命越短；同一種半導(dǎo)體材料晶格完整度不同，少子壽命差別很大，依此可了解晶體材料晶格結(jié)構(gòu)完整度。第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月缺陷檢驗(yàn)和雜質(zhì)含量測(cè)試缺陷表現(xiàn)形式：位錯(cuò)，包括刃位錯(cuò)與螺位錯(cuò)兩種。位錯(cuò)產(chǎn)生原因：

【籽晶本身存在位錯(cuò)，導(dǎo)致拉制單晶體存在位錯(cuò)】【來源于晶體范性形變—“塑性形變”：滑移和攀移】位錯(cuò)密度測(cè)量方法：化學(xué)腐蝕法紅外顯微鏡直接觀察法

X射線衍射形貌照相法掃描電子顯微鏡分析法第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月缺陷檢驗(yàn)—化學(xué)腐蝕法作用機(jī)理：有位錯(cuò)處原子排列規(guī)律性發(fā)生改變，形成應(yīng)力集中區(qū)，位錯(cuò)集中處化學(xué)反應(yīng)速率快，通過測(cè)量位錯(cuò)和樣品表面的位錯(cuò)腐蝕坑密度就可得到位錯(cuò)密度：破壞性檢測(cè)。常用化學(xué)試劑：鉻酸溶液第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月缺陷檢驗(yàn)—紅外顯微鏡直接觀察法作用機(jī)理：高溫下通過向硅片中擴(kuò)散進(jìn)大量銅原子，然后低溫（500℃）熱處理，使得過飽和銅原子逐漸擴(kuò)散到位錯(cuò)線附近吸收紅外線，在顯微鏡下觀察時(shí)，位錯(cuò)線清晰可見：破壞性檢測(cè)。第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月缺陷檢驗(yàn)—X射線衍射形貌照相法作用機(jī)理：晶體對(duì)X射線的消光作用——有缺陷區(qū)域和完整區(qū)域?qū)射線衍射程度不同，在有缺陷區(qū)域產(chǎn)生的衍射線強(qiáng)度強(qiáng)很多。通過對(duì)比試樣和標(biāo)準(zhǔn)件X射線衍射圖片，判斷晶體缺陷程度：非破壞性檢測(cè)。第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月缺陷檢驗(yàn)—掃描電子顯微鏡分析法作用機(jī)理：利用聚焦的極細(xì)電子束進(jìn)行規(guī)則逐點(diǎn)掃描運(yùn)動(dòng)，射線掃描到樣品時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子和二次電子，電子收集器收集電信號(hào)，放大后可轉(zhuǎn)換成