西工大微电子制造工艺概论总结.docVIP

第1章单晶硅特点

硅材料的优点：

=1\*GB3①原料充分，占地壳25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式；

=2\*GB3②硅晶体外表易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅外表器件或电路的结构、性质很重要；

=3\*GB3③密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，用于航空、航天；

=4\*GB3④热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃，热导率高，1.50W/cm·℃，芯片散热；

=5\*GB3⑤单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，目前16英寸；

=6\*GB3⑥机械性能良好，MEMS。

硅中的点缺陷、线缺陷：

〔1〕点缺陷

本征缺陷〔晶体中原子由于热运动〕

空位A：晶格硅原子位置上出现空缺；

自填隙原子B：硅原子不在晶格位置上，而处在晶

格位置之间。

杂质〔非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体〕

替位杂质C

填隙杂质D

=1\*GB3①肖特基缺陷：空位缺陷；

=2\*GB3②弗伦克尔〔Frenkel〕缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格之间，形成的空穴和自填隙的组合；

=3\*GB3③填隙杂质：在微电子工艺中是应尽量防止的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的畸变，但对半导体晶体的电学性质影响不大；

=4\*GB3④替位杂质：通常是在微电子工艺中有意掺入的杂质。例如，硅晶体中掺入Ⅲ、Ⅴ族替位杂质，目的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au等，目的是在硅晶体中添加载流子复合中心，缩短载流子寿命。

〔2〕线缺陷

线缺陷最常见的就是位错。位错附近，原子排列偏离了严格的周期性，相对位置发生了错乱。

123B

1

2

3

B

A

缺陷附近共价键被压缩

1、拉长2、悬挂3，存在应力

位错主要有刃位错和螺位错

刃〔形〕位错：晶体中插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直；

螺〔旋〕位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD与滑移矢量平行。

刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。

硅晶体的双层密排面间原子价键密度最小，结合最弱，滑移常沿{111}面发生，位错线也就常在{111}晶面之间。该面称为滑移面。

硅中杂质的类型

半导体材料多以掺杂混合物状态出现，杂质分为有意掺入的和无意掺入的。

有意掺入Si中的杂质有Ⅲ、VA族硼、磷、砷、锑。成心杂质一般能替代硅原子，占据晶格位置，在适当的温度下电离生成自由电子或空穴，能改变硅晶体的电学特性，具有电活性。

无意掺入Si中的杂质有氧，碳等。

=1\*GB3①间隙式杂质：主要是Ⅰ和Ⅷ族元素，有：Na、K、Li、H等，它们通常无电活性，在硅中以间隙方式扩散，扩散速率快。

=2\*GB3②替位式杂质：主要是Ⅲ和Ⅴ族元素，具有电活性，在硅中有较高的固溶度。以替位方式扩散为主，也存在间隙-替位式扩散，扩散速率慢，称为慢扩散杂质。

=3\*GB3③间隙—替位式杂质：大多数过渡元素：Au、Fe、Cu、Pt、Ni、Ag等。都以间隙-替位方式扩散，约比替位扩散快五六个数量级，最终位于间隙和替位这两种位置，位于间隙的杂质无电活性，位于替位的杂质具有电活性。

共价键内的电子称为束缚电子。

挣脱原子核束缚的电子称为自由电子。

T=0K且无外界激发，只有束缚电子，没有自由电子，本征半导体相当于绝缘体。

T=300K，本征激发，少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子。

掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。

掺入三价元素，如B，形成P型半导体，也称空穴型半导体。

因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。空穴是多子〔杂质、热激发〕，自由电子是少子〔热激发)。

掺入五价元素，如P，形成N型半导体，也称电子型半导体。

由于五价元素很容易奉献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子。自由电子是多子〔杂质、热激发〕，空穴是少子〔热激发〕。

Ⅲ、V族电活性杂质主要有：硼、磷、砷，锑等浅能级杂质

金等杂质在室温时难以电离，多数无电活性，是复合中心，具有降低硅中载流子寿命的作用，是深能级杂质

不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象叫杂质补偿。

4.杂质的固溶度的概念

一种元素B(溶质)引入到另一种元素A(溶剂)晶体中时，在到达一定浓度之前，不会有新相产生，仍保持原A晶体结构，这样的晶体称为