硅的制备及其晶体结构.pptVIP

天津工业大学 晶体的概念及硅材料的特点 1 单晶硅片的制备 2 3 硅晶体中的杂质 4 5 硅晶体中的缺陷 单晶硅的晶体结构特点 Chap.1 硅的制备及其晶体结构 天津工业大学 气态（gas state） 液态（liquid state） 固态（solid state） 等离子体（plasma） 物质 substance 晶体（crystal） 非晶体、无定形体（amorphous solid） 单晶：水晶、金刚石、单晶硅 多晶：金属、陶瓷 晶体（crystal） 物质存在形式及晶体的概念 天津工业大学 无定形体和晶体 天津工业大学 多晶体 天津工业大学 天然单晶体 天津工业大学 晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间 呈周期性重复排列（periodic repeated array） ， 即存在长程有序（long-range order） 性能上两大特点：固定的熔点（melting point）, 各向异性（anisotropy） 晶体的特点 天津工业大学 §1.1 硅材料的特点 硅器件室温下有较佳的特性; 热稳定性好，更高的熔化温度允许更宽的工艺容限; 高品质的氧化硅可由热生长的方式较容易地制得; 硅元素含量丰富（25％），成本低; 高频、高速场合特性较差。 天津工业大学 二氧化硅的作用 天津工业大学 芯片和晶圆 Wafer Single die, chip 天津工业大学 §1.2 单晶硅片的制备 天津工业大学 1.2.1 多晶硅的制备 石英岩 （高纯度硅砂） 天津工业大学 直拉法 （Czochralski法) 区域熔融法 （Floating Zone法） 1.2.2 单晶硅锭的制备 天津工业大学 直拉法（CZ） 天津工业大学 区域熔融法（FZ） 区域提炼系统的原理图 天津工业大学 直拉法和区熔法原理图 直拉法系统的原理图 天津工业大学 直拉法和区熔法的比较 天津工业大学 IC制造的基本工艺流程 天津工业大学 1.2.3 硅片(晶园、wafer)的制备 天津工业大学 定位边研磨 天津工业大学 硅片的定位边 D200mm: 天津工业大学 硅片抛光和倒角 天津工业大学 硅片的CMP抛光 天津工业大学 §1.3 硅晶体结构特点 晶胞：最大限度反映晶体对称性的最小单元； 七大晶系，14种布喇菲点阵，对应14种晶胞； 天津工业大学 金刚石的晶体结构 天津工业大学 金刚石结构（Si、Ge、GaAs） 天津工业大学 原子密度及晶体内部空隙 原子密度 晶格常数a (Si=5.43Å) 原子密度＝晶胞中包含原子个数/晶胞体积 晶体内部空隙 空间利用率＝晶胞包含原子个数*原子体积/晶胞总体积 天津工业大学 硅晶体中的原子密度和空隙 8个顶点原子；6个面心原子 4个体心原子 总原子个数＝1＋3＋4＝8 晶格常数为a (Si=5.43Å) 硅晶体中的原子密度为：8/a3=5*1022/cm3 硅原子的半径 硅晶体中的空间利用率 天津工业大学 §1.4 晶体中的晶向和晶面 晶向：表示晶列的方向，从一个阵点O沿某个晶列到另一阵点P作位移矢量R，则 R=l1a+l2b+l3c；（l1:l2:l3 ＝m:n:p 化为互质整数） 晶向指数【mnp】： 晶向矢量在三晶轴上投影的互质指数 在立方晶体中，同类晶向记为mnp 100代表了[100]、[Ī00]、[010]、 [0Ī0]、[001]、[00Ī]六个同类晶向； 111代表了立方晶胞所有空间对角线 的8个晶向； 110表示立方晶胞所有12个面对角线 的晶向。 天津工业大学 晶面及密勒指数 晶面：点阵中的所有阵点全部位于一系列相互平行、等距的平面上，这样的平面系称为晶面，一系列等效的晶面构成晶面族。 天津工业大学 晶面指数表示方式 晶面指数（hkl）：h、k、l 是晶面与三晶轴的截距 r、s、t的倒数的互质整数，也称为密勒指数，相应的等效晶面族用{hkl}表示。 ( r, s, t 为晶面在三个晶轴上的截长, h、k 、 l为晶面指标. ) 晶面指数为（553） 天津工业大学 立方晶体中常用的晶向和晶面 100晶向 110晶向 111晶向 天津工业大学 面心立方结构（FCC）中的晶面 （632）晶面 天津工业大学 金刚石结构中的晶面 天津工业大学 常见晶面的面密度 天津工业大学 之前我们讨论的都是完美的晶体，具有完美的周期性排列。 但