微电子工艺PPT课件资料.ppt
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1、,微电子工艺第二章 晶体生长,第一章 引言第二章 晶体生长第三章 工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗第四章 硅的氧化第五章 光刻第六章 刻蚀第七章 扩散第八章 离子注入第九章 薄膜淀积第十章 工艺集成 第十一章 集成电路制造,目标,通过本章的学习,你将能够:1. 掌握用直拉单晶法制备硅片所用的原料,以及提纯的过程 和制造单晶硅锭的步骤。2. 了解区熔单晶法制备单晶硅锭的过程。3. 了解两种制备方法各自的特点。5. 从单晶锭到单晶硅片的步骤。6. 硅片质量检测的指标。,一、衬底材料的类型元素半导体 Si、Ge.2. 化合物半导体 GaAs、SiC 、GaN,Ge:漏电流大,禁带宽度窄,仅0
2、.66eV(Si:1.1eV);工作温度低,75(Si:150);GeO2易水解(SiO2稳定);本征电阻率低:47 cm(Si: 2.3x105 cm);成本高。,Si:含量丰富,占地壳重量25%;单晶Si 生长工艺简单,目前直径最大18英吋(450mm)氧化特性好, Si/SiO2界面性能理想,可做掩蔽膜、钝化膜、介质隔离、绝缘栅等介质材料;易于实现平面工艺技术;,二、对衬底材料的要求,直径导电类型:N型与P型都易制备;晶向:Si:双极器件-;MOS-;电阻率:0.01-105cm,均匀性好(纵向、横向、微区)、可 靠性高(稳定、真实);寿命(少数载流子):晶体管长寿命; 开关器件短寿命;
3、晶格完整性:低位错(1000个/cm2); 平整度、禁带宽度、迁移率等。,Si 的基本特性: FCC 金刚石结构,晶格常数a=5.431 间接带隙半导体, 禁带宽度 Eg=1.12eV 相对介电常数, r=11.9 熔点: 1417oC 原子密度: 5x1022 cm-3 本征载流子浓度:ni=1.45x1010 cm-3 本征电阻率 =2.3x105 cm 电子迁移率 e=1500 cm2/Vs, 空穴迁移率h=450 cm2/Vs,三、起始材料-石英岩(高纯度硅砂-SiO2),SiO2+SiCSi(s)+SiO(g)+CO(g) 冶金级硅:98%;Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(
4、g)+H2 三氯硅烷室温下呈液态沸点为32,利用分馏法去除杂质;SiHCl3(g)+ H2Si(s)+ 3HCl(g) 得到电子级硅(片状多晶硅)。,300oC,单晶制备,一、直拉法(CZ法),CZ 拉晶仪熔炉石英坩埚:盛熔融硅液;石墨基座:支撑石英坩埚;加热坩埚;旋转装置:顺时针转;加热装置:RF线圈;拉晶装置籽晶夹持器:夹持籽晶(单晶);旋转提拉装置:逆时针;环境控制系统气路供应系统流量控制器排气系统电子控制反馈系统,拉晶过程,熔硅 将坩埚内多晶料全部熔化 ;注意事项:熔硅时间不易长;引晶 将籽晶下降与液面接近,使籽晶预热几分钟,俗称“烤晶”,以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击。当温度稳
5、定时,可将籽晶与熔体接触,籽晶向上拉, 控制温度使熔体在籽晶上结晶;,收颈 指在引晶后略为降低温度,提高拉速,拉一段直径比籽晶细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。颈一般要长于20mm。,放肩 缩颈工艺完成后,略降低温度(15-40) ,让晶体逐渐长大到所需的直径为止。这称为“放肩”。,等径生长 当晶体直径到达所需尺寸后,提高拉速,使晶体直径不再增大,称为收肩。收肩后保持晶体直径不变,就是等径生长。此时要严格控制温度和拉速。,收晶 晶体生长所需长度后,升高熔体温度或熔体温度不变,加快拉速,使晶体脱离熔体液面。,硅片掺杂,目的:使硅片具有一定电阻率 (比如: N
6、/P型硅片 1-100 cm)分凝现象:由于杂质在固体与液体中的溶解度不一样,所以,杂 质在固-液界面两边材料中分布的浓度是不同的,这就 是所谓杂质的分凝现象。分凝系数: Cs 和 Cl分别是固体和液体界面附近的平衡掺杂浓度 一般情况下k01。,掺杂分布,假设熔融液初始质量为M0,杂质掺杂浓度为C0(质量浓度),生长过程中晶体的质量为M,杂质在晶体中的浓度为Cs,留在熔液中杂质的质量为S,那么熔液中杂质的浓度Cl为:,当晶体增加dM的重量:,有效分凝系数,当结晶速度大于杂质在熔体中的扩散速度时,杂质在界面附近熔体中堆积,形成浓度梯度。,按照分凝系数定义:,由于Cl(0)未知,然而为了描述界面粘
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