第1章 单晶硅衬底.pptx

集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺 硅衬底JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 1 单晶硅衬底2 外延 单晶硅衬底 单晶硅衬底JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 第1章 1.1 硅晶体结构特点1.2 单晶硅衬底制备1.3 硅晶体缺陷1.4 硅晶体中杂质目 录CONTENTS1.5 切制硅片 1.1 硅晶体结构特点电学性质（室温）SiGeGaAs禁带宽度（eV）1.120.671.43禁带类型间接间接直接晶格电子迁移率（cm2/V·s）135039008600晶格空穴迁移率（cm2/V·s）4801900250本征载流子浓度（cm-3）1.45×10102.4×10189.0×106本征电阻率（Ω·cm）2.3与锗、砷化镓电学性质比较 1.1 硅晶体结构特点硅作为最常用半导体材料的优势原料充足；表面易氧化；重量轻，密度2.33g/cm3；热学特性好，热膨胀系数小，热导率高；易于加工，易制备大尺寸硅片，光刻，掺杂等关键工艺性好 金刚石结构1.1 硅晶体结构特点晶胞原子模型硅原子与晶胞 一个晶胞含多少个硅原子？8+4=8硅晶体的几个结构常数1.1 硅晶体结构特点 αrSiα=5.43?atoms/cm3空间利用率:硅原子密度为：1.1 硅晶体结构特点硅晶体的几个结构常数 （100）[100][010][001][100],[010],[001](100)，(010)，(001)100:{100}:集成电路常采用（100）晶面的硅片来制造硅器件与电路的常用晶向与晶面1.1 硅晶体结构特点 [111]（111）晶体管最常使用（111）晶面的硅片来制造硅器件与电路的常用晶向与晶面1.1 硅晶体结构特点 硅器件与电路的常用晶向与晶面[110]（110）（110）晶面也是集成电路和器件常采用的晶面1.1 硅晶体结构特点 硅常用晶向的原子分布[100]a[110][111][100][110][111]α1/a1.41/a1.15/a线密度1.1 硅晶体结构特点 硅常用晶面的原子分布α2/a2α2.83/a22.3/a2面密度（100）（110）（111）α1.1 硅晶体结构特点 硅双层密排面[111]（111）ABCA’B’C’双层密排面双层密排面双层密排面（111）面容易劈裂，称为晶体的解理面1.1 硅晶体结构特点高分子材料专业英语 课件 集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺 硅片制造第1章 硅片制造JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 1.1 硅晶体结构特点1.2 单晶硅衬底制备1.3 硅晶体缺陷1.4 硅晶体中杂质目 录CONTENTS1.5 切制硅片 2、单晶硅衬底制备石英砂冶炼SiO2+2C → Si（粗）+ 2CO↑粗硅主要含有：Fe、Al、C、B、P、Cu等杂质 半导体纯度的多晶硅酸洗：化学提纯精馏：物理提纯 Si + 3HCl→ SiHCl3 + H2 还原：SiHCl3 + H2→ Si + 3HCl 2、单晶硅衬底制备提纯 多晶硅 → 熔体硅 → 单晶硅 直拉法（ CZ法）磁控直拉法（MCZ法）有干锅悬浮区熔法（ FZ法）无干锅2、单晶硅衬底制备 TDR-A型单晶炉照片2.1直拉法2、单晶硅衬底制备 放肩 Shoulder等径 Body引晶 Neck2.1直拉法工艺流程：准备→开炉→生长→停炉生长：引晶→缩颈→放肩→等径生长→收尾控制生长速率、直径的主要因素：提拉器的升速与转速坩埚内熔体温度2、单晶硅衬底制备 2.1直拉法籽晶的作用：样本晶核缩颈的作用：终止籽晶中的位错、表面划痕向晶锭延伸避免籽晶与熔体结合处的缺陷向晶锭延伸2、单晶硅衬底制备 干锅污染：SiO2→Si+O2O2、单晶硅衬底制备痕量氧进入熔体有部分进入硅晶体2.1直拉法 MCZ-3000型单晶炉2.2磁控直拉法（MCZ）MCZ法工艺与CZ法的基本相同2、单晶硅衬底制备 2.2磁控直拉法洛仑兹力 : f=qν× HOOOO附面层2、单晶硅衬底制备 HMCZ2）横向磁场3）尖角形磁场VMCZ1）纵向磁场2.2磁控直拉法vv2、单晶硅衬底制备 JN-FZ-3A型高真空悬浮区熔单晶炉2.3悬浮区熔法（FZ）2、单晶硅衬底制备 2.3悬浮区熔法硅熔区的表面张力与重力保持平衡籽晶与多晶硅的熔接是区熔法拉单晶的关键没有坩埚的污染，能生长无氧、高纯度的单晶硅锭难以拉制大直径的硅锭。2、单晶硅衬底制备 集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZA