微电子工艺基础半导体材料与晶圆制备.ppt

第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、单晶的生长和晶圆制备 1、结晶学和晶体结构 （2）晶体缺陷* ④ 缺陷的去除 器件有源区的缺陷（晶体管所在位置）影响器件性能，必须设法减少： 单晶生长时的工艺控制； 非本征吸杂，在无源区引入应变或损伤区来吸杂； 本征吸杂，氧是硅片内固有的杂质，硅中氧淀积有吸杂作用，是一种本征吸杂。 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、单晶的生长和晶圆制备 1、结晶学和晶体结构 （3）晶向（用密勒指数表示）**** A：硅晶圆中最常使用的晶向是100和111 100晶向的晶圆用来制造MOS器件和电路 111晶向的晶圆用来制造双极性器件和电路 砷化镓晶体只能沿100晶向进行切割 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、单晶的生长和晶圆制备 1、结晶学和晶体结构 （3）晶向（用密勒指数表示） **** B：当晶圆沿晶向破碎时 * 第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备 1、结晶学和晶体结构 2、晶圆制备 （1）获取多晶 （2）晶体生长 （3）硅片制备 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备 硅晶圆制备的四个阶段（对应于芯片制造的前两个阶段） A：矿石到高纯气体的转变（石英砂冶炼制粗硅） B：气体到多晶的转变 C：多晶到单晶，掺杂晶棒的转变（拉单晶、晶体生长） D：晶棒到晶圆的制备 芯片制造的第一阶段：材料准备 芯片制造的第二阶段：晶体生长和晶圆制备 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（1）获取多晶 ①冶炼　 SiO2 + C → Si + CO↑ 得到的是冶金级硅，主要杂质：Fe、Al、C、B、P、Cu要进一步提纯。 ②酸洗　 硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯是用HCl、H2SO4、王水，HF等混酸泡洗至Si含量99.7%以上。 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（1）获取多晶 ③精馏提纯 将酸洗过的硅转化为SiHCl3或 SiCl4， Si + 3HCl （g） → SiHCl3 ↑ + H2 ↑ Si + 2Cl2 → SiCl4 ↑ 好处： 常温下SiHCl3 与SiCl4都是气态， SiHCl3的沸点仅为31℃ 精馏获得高纯的SiHCl3或SiCl4 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（1）获取多晶 ④还原 多用H2来还原SiHCl3或SiCl4得到半导体纯度的多晶硅： SiCl4 + 2H2 → Si + 4HCl SiHCl3 + H2 → Si + 3HCl 原因： 氢气易于净化，且在Si中溶解度极低 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备 （2）晶体生长 定义: 把多晶块转变成一个大单晶，给予正确的定向和适量的N型或P型掺杂，叫做晶体生长。 按制备时有无使用坩埚分为两类： 有坩埚的：直拉法、磁控直 拉法液体掩盖直拉法； 无坩埚的：悬浮区熔法 。 * 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（2）晶体生长 ①直拉法—Czochralski法（CZ法） 方法 在坩埚中放入多晶硅，加热使之熔融，用一个夹头夹住一块适当晶向的籽晶，将它悬浮在坩埚上，拉制时，一端插入熔体直到熔化，然后再缓慢向上提拉，这时在液-固界面经过逐渐冷凝就形成了单晶。 起源 1918年由Czochralski从熔融金属中拉制细灯丝，50年代开发出与此类似的直拉法生长单晶硅，这是生长单晶硅的主流技术。 * ①直拉法-Czochralski法（CZ法） 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（2）晶体生长 * （2）晶体生长 ①直拉法（CZ法） 三部分组成：炉体部分，有坩埚、水冷装置和拉杆等机械传动装置 ；加热控温系统，有光学高温计、加热器、隔热装置等；真空部分，有机械泵、扩散泵、测真空计等。 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（2）晶体生长 * ①直拉法（CZ法） 单晶炉 第2章 半导体材料和晶圆制备  二、晶圆制备 2、晶圆制备（2）晶体生长 * ①直拉法-Czochralski法（CZ法） CZ法工艺流程 准备 腐蚀清洗多晶→籽晶准备→装炉→真空操作 开炉 升温→水冷→通气 生长 引晶→缩晶→放肩→等径生长→收尾 停炉 降温→停气→停止抽真空→