1单晶硅经典案例.ppt

相图知识 相图是用来讨论混合物体系性质的一种图示方法。 相定义为物质存在的一种状态，这一状态是由一组均匀的性质来表征的。 当混合物体系中的各相均处于热力学平衡状态，一般包括一个以上固相的这种状态图就是相图。 相图与大气压也有关，微电子工艺大多是常压工艺，一般只使用常压状态的相图。 相图用途 由材料的成分和温度预知平衡相； 材料的成分一定而温度发生变化时其他平衡相变化的规律； 估算平衡相的数量。 预测材料的组织和性能 相图的构成：由两条曲线将相图分为三个区。左右两端点分别为组元的熔点。上面的一条曲线称为液相线，液相线之上为液相的单相区，常用L表示；下面的一条曲线称为固相线，固相线之下为固溶体的单相区，常用α表示；两条曲线之间是双相区，标记L+α表示。 二元匀晶相图 相图与冷却曲线的关系： 成分一定，在冷却过程中，不同的相热容量不相同，如果系统散热能力一样，温度随时间的变化(冷却)曲线上的斜率将不同，曲线的转折点对应温度就是某些相开始出现或完全小时的温度，利用这一特点，由实测的冷却曲线可以作出相图。 两相平衡时的数量分配规律－－杠杆定律 如图，合金x在温度T1将由两相长期并存，这时两相的成分和数量保持不变。过x点作水平线交液相线和固相线于a、c点，经热力学证明a、c点的成分分别为平衡的液体和固体的成分， 设mL和m?分别为两相的数量，由物质不灭可推导出： 一般用占总体数量的百分比的相对值来表示。如果把线段axc当成一杠杆，则他们满足杠杆力的平衡原理，所以称之为杠杆定律。 用杠杆定律来分析在理解和使用都有好的直观性和方便。适用所有两相平衡。 连续性固溶体：锗-硅相图 硅-锗二元相图：可完全互溶，又称为同晶体系，用杠杆规则计算各组分量 L S 1414℃ 938.3℃ 结晶区 T1 T2 Cm Cl CS L S 铝-硅体系相图 纯铝的凝固点（熔点）是660℃，纯硅的凝固点是1412℃，在硅熔体中掺入铝，或在铝熔体中掺入硅，熔体的凝固点都下降，凝固点最小值为577℃，这一点称为共晶点，这一点的组分称为共晶组成，共晶点硅原子占原子总数的11.3%。 L 砷-硅体系相图 两种中间化合物：SiAs和SiAs2。有三个体系，Si-SiAs，SiAs-SiAs2，SiAs2-As。 有一重量比为86%As熔融体从高温开始冷却。在温度达1020℃时，固体SiAs从熔体中结晶出来，熔体成为富砷相，直到温度降至944℃，这时液相组成为90%As+10%Si。温度继续下降时，固体的SiAs与一些剩余的熔体结合形成液体+SiAs2相，SiAs被包在SiAs2中。当温度降至786℃，SiAs2和β相都从液相析出。该体系称包晶体系。 As-Si体系相图 （Si） 本章小结 晶体结构，作为芯片衬底的主要晶向、晶面的特点； 晶体缺陷类型、产生原因，以及对工艺有重要影响的点缺陷的特点； 晶体中杂质类型，对硅电阻率的影响，以及固溶度。 2.1 多晶硅的制备 2.2 单晶硅生长 　 2.3 硅片制造 第二章 硅（单晶）片制备 2.1 多晶硅的制备 制备多晶硅，是采用地球上最普遍的原料石英砂（也称硅石），就是二氧化硅，通过冶炼获得多晶硅，再经一系列化学的、物理的提纯工艺就制出半导体纯度的多晶硅。电子级多晶硅纯度可达11N。 半导体纯度多晶硅制备流程 冶炼　　 SiO2+2C Si+ 2CO↑ 主要杂质：Fe、Al、C、B、P、Cu 要进一步提纯。 酸洗 hydrochlorination　－－－－化学提纯 Si + 3HCl → SiHCl3 + H2 Si + 2Cl2 → SiCl4 硅不溶于酸，所以粗硅初步提纯是用HCl、 H2SO4、王水、ＨＦ等混酸泡洗至Ｓi含量99.7%以上。 蒸馏提纯 distillation 利用物质的沸点不同，而在精馏塔中通过精馏来对其进行提纯－－－－物理提纯 先将酸洗过的硅氧化为SiHCl3或 SiCl4，常温下SiHCl3 沸点31.5℃，与SiCl4 沸点57.6℃都是液态，蒸馏获得高纯的SiHCl3或SiCl4。 分解 discomposition SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl 氢气易于净化，且在Si中溶解度极低，因此，多用H2来还原SiHCl3和SiCl4，还原得到的硅就是半导体纯度的多晶硅。