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集成电路工艺原理 二、对衬底材料的要求 导电类型：N型与P型都易制备； 电阻率：0.01-105?·cm，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； 晶格完整性：低位错（1000个/cm2）； 纯度高：电子级硅（EGS） --1/109杂质； 晶向：Si:双极器件--111；MOS--100； 直径、平整度、禁带宽度、迁移率等。 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； Ge： 漏电流大，禁带宽度窄，仅0.66eV(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。 三、起始材料--石英岩（高纯度硅砂--SiO2） SiO2+SiC→Si(s)+SiO(g)+CO(g), 冶金级硅：98%； Si(s)+3HCl(g) →SiHCl3(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)+ H2→Si(s)+ 3HCl(g)，得到电子级硅（片状多晶硅）。 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； 硅片掺杂 目的：使硅片具有一定电阻率 （比如： N/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 掺杂分布 区熔提纯 多次区熔提纯 衬底制备 衬底制备包括： 整形、晶体定向、晶面标识、晶面加工 切片、磨片、抛光 1．切片 将已整形、定向的单晶用切割的方法加工成符合一定要求的单晶薄片。切片基本决定了晶片的晶向、厚度、平行度、翘度，切片损耗占1/3。 2.磨片 目的： ? 去除刀痕与凹凸不平； ???改善平整度； 使硅片厚度一致； 磨料： ??? 要求：其硬度大于硅片硬度。 种类：Al2O3、SiC、ZrO、SiO2、MgO等 3.抛光 目的：进一步消除表面缺陷，获得高度平整、光洁及无 损层的“理想”表面。 方法：机械抛光、化学抛光、化学机械抛光 晶体缺陷 缺陷的含义：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。 理想晶体：格点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。 几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷 点缺陷 缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。 线缺陷 指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短，分为刃型位错和螺位错。 刃型位错:在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，犹如插入的刀刃一样，沿刀刃方向的位错为刃型位错。 螺位错:将规则排列的晶面剪开（但不完全剪断），然后将剪开的部分其中一侧上移半层，另一侧下移半层，然后黏合起来，形成一个类似于楼梯 拐角处的排列结构，则此时在“剪开线”终结处（这里已形成一条垂直纸面的位错线）附近的原子面将发生畸变，这种原子不规则排列结构称为一个螺位错 INFO130024.01 集成电路工艺原理 第二章 晶体生长 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… 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