工艺基础知识培训课件（50页).pptx

培训目的：相关技术人员掌握必备的专业基础知识 课程类型：技术类 课目：工艺基础知识 课时：2H 编制：周锐 审核：李定武 核准： 实施日期：2011年2月 ;1.1单晶硅与多晶硅 硅（台湾、香港称矽）呈灰色，性脆，易碎。其在自然界中呈氧化物状态存在，在岩石圈中的丰度为27.6%（重量），仅次于氧，因而硅的资源极为丰富。 通常的工业硅（99.0-99.9%）不具有半导体性能，当将硅提纯到很高纯度（99.9999999%）时，就显示出优异半导体性能。下表中列举了硅的一些参数。 ; ;硅原子在空间呈长程有序排列，具有周期性和对称性，这种硅晶体称为单晶硅。反之，硅原子在空间的排列呈无序或短程有序，称为多晶硅。 因单晶的原子排列具有周期性和有序性，为了方便分析研究，人们选取能够反映晶体周期性的重复单元作为研究对象，称为晶胞。硅单晶属于金刚石结构，晶胞是正方体。八个顶点、六个面的中心及每条空间对角线上距顶点四分之一对角线长的地方各有一个硅原子。 图1.2 金刚石结构 ;1.2晶向及晶面 ;为了标出晶向，通过坐标原点作一直线平行于晶面的法线方向，根据晶胞的棱长决定此直线点的坐标，把坐标化成简单的整数比。用［ ］括起来，称为晶向指数。为了表示一组相同晶体类型的所有晶向，用＜ ＞把晶向指数括起来，叫晶向族。 图1.3 常用的三种晶面 ;在晶体的同一面族中，相邻两晶面之间的距离叫面间距。同一晶面上，单位面积中的原子数叫面密度。晶面指数不同的晶面族，面间距也不同，面密度也不一样。单位体积晶体中原子总数是一定的，面间距较小的晶面族，晶面排列密，晶面的原子密度小；面间距较大的面族，晶面排列较稀，晶面的原子密度大。 硅单晶生长时，{100}晶面族的法向生长速度最快，{111}晶面族最慢。 硅单晶若用腐蚀液腐蚀，各晶面族腐蚀速率不同，{100}面族腐蚀速率最快，{110}面族次之，{111}晶面族最慢。 ;1.3半导体材料;1.3.2温度对半导体材料电阻率的影响 对金属导体来说，当温度升高时，它的电阻率增大，但变化幅度不大。???半导体与此相反，当温度升高时，电阻率降低，温度下降时，电阻率增大，并且变化幅度很大。当温度变化300℃时，电阻率会改变几千倍到几十万倍。当温度下降至接近绝对零度（-273℃）时，半导体就成为绝缘体。因此要求在室温下（23±2℃）测量硅单晶的电阻率。 ;2 直拉单晶硅的基础理论 ;位错可以发生滑移和攀移运动并发生位错的增殖。硅单晶是典型的金刚石结构，并且是共价键结合，{111}面族面间距大，面密度大，{111}面族是硅单晶的主要滑移面。滑移方向一般为110晶向族，110晶向族上原子间距最小，因此，硅晶体主要在{111}面族的110晶向族的方向上滑移。 位错对硅单晶的电学性质影响很大。如位错会影响到电阻率、载流子浓度、缩短少数载流子的寿命及减少电子迁移率 直拉硅单晶生长过程中，生产工艺不良，可能使单晶产生位错。产生位错的环节和方式包括： 1）籽晶引入位错 籽晶表面损伤、机械磨损裂痕等使籽晶表面晶格受到破坏形成位错或籽晶本身有位错。它们和熔硅熔接时，籽晶中位错晶体生长不断延伸和增殖。另一方面，无论籽晶有无位错，籽晶与熔硅接触时受到强烈的热冲击，产生新位错并发生位错增殖，接触面积越大，接触温度越高，新生的和增殖的位错越多，熔接后的籽晶位错密度一般都在103/cm3——104/cm3数量级。 ;熔硅温度较低，籽晶和熔硅熔接不好也会产生位错。如果单晶生长界面温度太低，籽晶和熔硅接触不好，新生长的单晶与籽晶晶格不完全一致，产生了大密度的位错。熔硅表面有浮渣，浮渣附着在籽晶表面，使单晶产生不同取向，同样可以产生位错。 2）硅单晶生长中产生位错 硅单晶中的位错除籽晶中的位错延伸、增殖外，生长过程中如果受到机械震动，产生机械应力，晶格的结点会发生畸变，生成位错。 硅单晶生长中，热应力也会产生位错产生和进行增殖。防止热应力产生位错，这是工艺设计的主要任务。 熔硅温度的起伏和单晶生长速率的起伏，可以引起结晶界面上原子振动的变化，使原子排列偏离点阵，产生晶格畸变，形成位错也可能使单晶偏离生长取向产生位错。 ;硅单晶内杂质浓度过高，形成杂质析出也容易产生位错，掺杂量很大的重掺锑、重掺磷、重掺砷硅单尤其明显。硅单晶生长有杂质析出时 ，形成一新的固相，单晶冷却过程中，它们体积收缩率和形成的新相不同，硅和新固交界处会产生足够的应力，形成位错；另一方面，单晶内杂质浓度高，使硅晶格变化较大，晶格常数的不均匀也可形成应力，产生位错。 3）单晶冷却过程产生位错 单晶硅生长结束后，单晶和熔硅脱离接触，进行冷却。单晶冷却时，晶体表面和中心由于收缩率不同产生很大的应力，同时晶体表面存在温