半导体制造工艺晶体的生长课件.pptVIP

***半導體器件與工藝*一、襯底材料的類型元素半導體Si、Ge….2.化合物半導體GaAs、SiC、GaN…*二、對襯底材料的要求導電類型：N型與P型都易製備；電阻率：0.01-105?·cm，均勻性好（縱向、橫向、微區）、可靠性高（穩定、真實）；壽命（少數載流子）：電晶體—長壽命；開關器件—短壽命；晶格完整性：低位錯（1000個/cm2）；純度高：電子級矽（EGS）--1/109雜質；晶向：Si:雙極器件--111；MOS--100；直徑、平整度、禁帶寬度、遷移率等。*Si：含量豐富，占地殼重量25%；單晶Si生長工藝簡單，目前直徑最大18英吋（450mm）氧化特性好，Si/SiO2介面性能理想，可做掩蔽膜、鈍化膜、介質隔離、絕緣柵等介質材料；易於實現平面工藝技術；*Ge：漏電流大，禁帶寬度窄，僅0.66eV(Si:1.1eV)；工作溫度低，75℃（Si:150℃）；GeO2易水解（SiO2穩定）；本征電阻率低：47?·cm（Si:2.3x105?·cm）；成本高。*Si的基本特性:FCC金剛石結構，晶格常數a=5.431?間接帶隙半導體，禁帶寬度Eg=1.12eV相對介電常數，?r=11.9熔點：1417oC原子密度：5x1022cm-3本征載流子濃度：ni=1.45x1010cm-3本征電阻率?=2.3x105?·cm電子遷移率?e=1500cm2/Vs,空穴遷移率?h=450cm2/Vs*三、起始材料--石英岩（高純度矽砂--SiO2）SiO2+SiC→Si(s)+SiO(g)+CO(g),冶金級矽：98%；Si(s)+3HCl(g)→SiHCl3(g)+H2，三氯矽烷室溫下呈液態沸點為32℃，利用分餾法去除雜質；SiHCl3(g)+H2→Si(s)+3HCl(g)，得到電子級矽（片狀多晶矽）。300oC*單晶製備一、直拉法（CZ法）CZ拉晶儀熔爐石英坩堝：盛熔融矽液；石墨基座：支撐石英坩堝；加熱坩堝；旋轉裝置：順時針轉；加熱裝置：RF線圈；拉晶裝置籽晶夾持器：夾持籽晶（單晶）；旋轉提拉裝置：逆時針；環境控制系統氣路供應系統流量控制器排氣系統電子控制回饋系統*拉晶過程熔矽將坩堝內多晶料全部熔化；注意事項：熔矽時間不易長；引晶將籽晶下降與液面接近，使籽晶預熱幾分鐘，俗稱“烤晶”，以除去表面揮發性雜質同時可減少熱衝擊。當溫度穩定時，可將籽晶與熔體接觸，籽晶向上拉，控制溫度使熔體在籽晶上結晶；*收頸指在引晶後略為降低溫度，提高拉速，拉一段直徑比籽晶細的部分。其目的是排除接觸不良引起的多晶和儘量消除籽晶內原有位錯的延伸。頸一般要長於20mm。*放肩縮頸工藝完成後，略降低溫度（15-40℃），讓晶體逐漸長大到所需的直徑為止。這稱為“放肩”。*等徑生長：當晶體直徑到達所需尺寸後，提高拉速，使晶體直徑不再增大，稱為收肩。收肩後保持晶體直徑不變，就是等徑生長。此時要嚴格控制溫度和拉速。*收晶：晶體生長所需長度後，拉速不變，升高熔體溫度或熔體溫度不變，加快拉速，使晶體脫離熔體液面。*矽片摻雜目的：使矽片具有一定電阻率（比如：N/P型矽片1-100?·cm）分凝現象：由於雜質在固體與液體中的溶解度不一樣，所以，雜質在固-液介面兩邊材料中分布的濃度是不同的，這就是所謂雜質的分凝現象。分凝係數:,Cs和Cl分別是固體和液體介面附近的平衡摻雜濃度一般情況下k01。*摻雜分佈假設熔融液初始品質為M0，雜質摻雜濃度為C0（品質濃度），生長過程中晶體的品質為M，雜質在晶體中的濃度為Cs，留在熔液中雜質的品質為S，那麼熔液中雜質的濃度Cl為：當晶體增加dM的重量：**有效分凝係數當結晶速度大於雜質在熔體中的擴散速度時，雜質在介面附近熔體中堆積，形成濃度梯度按照分凝係數定義：由於Cl(0)未知，然而為了描述介面粘滯層?中雜質濃度偏離對固相中的雜質濃度的影響，引入有效分凝係數ke:*當??/D1，ke?1，所以為了得到均勻的摻雜分佈，可以通過較高的拉晶速率和較低的旋轉速