《微电子工艺课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电子工艺课件（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微电子工艺第二章 晶体生长第一章 引言 第二章 晶体生长 第三章 工艺中的气体、化试、水、环境和硅片的清洗 第四章 硅的氧化 第五章 光刻 第六章 刻蚀 第七章 扩散 第八章 离子注入 第九章 薄膜淀积 第十章 工艺集成 第十一章 集成电路制造目标通过本章的学习，你将能够：1. 掌握用直拉单晶法制备硅片所用的原料，以及提纯的过程和制造单晶硅锭的步骤。2. 了解区熔单晶法制备单晶硅锭的过程。3. 了解两种制备方法各自的特点。5. 从单晶锭到单晶硅片的步骤。6. 硅片质量检测的指标。一、衬底材料的类型1.元素半导体 Si、Ge.2. 化合物半导体 GaAs、SiC 、GaNGe： 漏电流大，禁带宽
2、度窄，仅0.66eV(Si:1.1eV)； 工作温度低，75（Si:150）； GeO2易水解（SiO2稳定）； 本征电阻率低：47 cm（Si: 2.3x105 cm）； 成本高。Si： 含量丰富，占地壳重量25%； 单晶Si 生长工艺简单，目前直径最大18英吋 （450mm） 氧化特性好， Si/SiO2界面性能理想，可做掩蔽膜、 钝化膜、介质隔离、绝缘栅等介质材料； 易于实现平面工艺技术；二、对衬底材料的要求 直径 导电类型：N型与P型都易制备； 晶向：Si:双极器件-；MOS-； 电阻率：0.01-105cm，均匀性好（纵向、横向、微区）、可靠性高（稳定、真实）； 寿命（少数载流子）：
3、晶体管长寿命； 开关器件短寿命； 晶格完整性：低位错（1，ke 1， 为了得到均匀的掺杂分布， 可以通 过较高的拉晶速率和较低的旋转速率。D: 熔液中掺杂的扩散系数直拉法生长单晶的特点优点：所生长单晶的直径较大成本相对较低;通过热场调整及晶转，埚转等工艺参数的优化，可较好控制电阻率径向均匀性。缺点：石英坩埚内壁被熔硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响，易引入氧碳杂质，不易生长高电阻率单晶（含氧量通常10-40ppm)。二、悬浮区熔法（float-zone，FZ法）方法： 依靠熔体表面张力，使熔区悬浮于多晶Si与下方长出 的单晶之间，通过熔区的移动而进行提纯和生长单晶 。区熔晶体生长RF气体入口 (惰
4、性)熔融区可移动RF 线圈多晶棒 (硅)籽晶惰性气体出口卡盘卡盘悬浮区熔法（float-zone，FZ法）特点：可重复生长、提纯单晶，单晶纯度较CZ法高；无需坩埚、石墨托，污染少；FZ单晶：高纯、高阻、低氧、低碳；缺点: 单晶直径不及CZ法掺杂分布假设多晶硅棒上的杂质掺杂浓度为C0（质量浓度），d为硅 的密度，S为熔融带中杂质的含量，那么当熔融带移动dx距离时， 熔融带中杂质的浓度变化dS为：区熔提纯利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿 锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次（多次区熔）使杂 质被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯。一次区熔提纯与直拉法后的杂质浓度分布的比
5、较（K=0.01）单就一次提纯的效果而言，直拉法的去杂质效果好。 多次区熔提纯晶体生长整型切片磨片倒角刻蚀抛光清洗检查包装硅片制备基本工艺步骤硅片制备1. 单晶生长2. 单晶硅锭3. 单晶去头和径向研磨4. 定位边研磨5. 硅片切割6. 倒角7. 磨片8. 硅片刻蚀9. 抛光10. 硅片检查磨料抛光台磨头多晶籽晶加热器坩埚晶面定向与晶面标识由于晶体具有各向异性，不同的晶向，物理化学性质都不一样 ，必须按一定的晶向（或解理面）进行切割。例如： 双极器件：111面； MOS器件：100面。1主参考面（主定位面，主标志面）作为器件与晶体取向关系的参考；作为机械设备自动加工定位的参考；作为硅片装架的接
6、触位置；2. 次参考面（次定位面，次标志面）识别晶向和导电类型 ；3. 8 inch 以下硅片需要沿晶锭轴向磨出平边来指示晶向和导电 类型。硅片标识定位边 P-type (111)P-type (100)N-type (111)N-type (100)硅片定位槽和激光刻印 1234567890定位槽标识数字内刃内圆切割机抛光的硅片边缘用于去除硅片表面损伤的化学刻蚀双面硅片抛光上抛光垫下抛光垫硅片磨料切片、磨片、抛光 1切片将已整形、定向的单晶用切割的方法加工成符合一定要求 的单晶薄片。切片基本决定了晶片的晶向、厚度、平行度、翘度，切片 损耗占1/3。2. 磨片目的：去除刀痕与凹凸不平；改善平整
7、度；使硅片厚度一致；磨料： 要求其硬度大于硅片硬度。种类Al2O3、SiC、SiO2、MgO等3. 抛光目的：进一步消除表面缺陷，获得高度平整、光洁及无 损层的“理想”表面。方法：机械抛光、化学抛光、化学机械抛光晶体缺陷缺陷的含义：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发 生偏差的区域。理想晶体：格点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷点缺陷缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。线缺陷在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产 生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短 ，分为刃
8、型位错和螺位错。刃型位错:在某一水平面以上多出了垂直方向的原子面，犹如插 入的刀刃一样，沿刀刃方向的位错为刃型位错。螺位错:将规则排列的晶面剪开（但不完全剪断），然后将剪开的 部分其中一侧上移半层，另一侧下移半层，然后黏合起来，形成 一个类似于楼梯 拐角处的排列结构，则此时在“剪开线”终结处（ 这里已形成一条垂直纸面的位错线）附近的原子面将发生畸变， 这种原子不规则排列结构称为一个螺位错 面缺陷二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺 陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如孪晶 、晶粒间界以及堆垛层错。孪晶：是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面（即 特
9、定取向关系）构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪 晶”，此公共晶面就称孪晶面。晶粒间界：彼此没有固定晶向关系的晶体之间的过渡区。孪晶界晶粒间界堆垛层错：是晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某一层间出 现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子 的错误排布 。体缺陷由于杂质在硅晶体中存在有限的固浓度， 当掺入的数量超 过晶体可接受的浓度时， 杂质在晶体中就会沉积，形成体缺陷 。成品率 =66 合格芯片 88 总芯片= 75%硅片上的成品率减小硅片上的缺陷密度是提高成品率关键的关键因素本节课主要内容硅单晶的制备：CZ 直拉法、 悬浮区熔法掺杂分布： 有效分凝系数衬底制备： 整形、晶体定向、晶面标识、晶面加工晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷思考题半导体生产要求一个非常洁净的环境，特别是工艺越先进， 集成度越高，环境的洁净度也越高，那么这样的环境我们需 要考虑哪几大方面呢？净化级别又如何定义呢？课后习题课后1.3.7.8题
