Ch硅單晶與硅片加工ppt課件

1、Chapter 3Single-Crystal Growth &Wafer Preparation硅單晶的生長(zhǎng)與硅片加工硅單晶的生長(zhǎng)與硅片加工 3.1Phase DiagramPhase-change, Solid Solubility & Segregation相圖相變、固溶度與分凝3.1.1Phase Diagram 基本性質(zhì)基本性質(zhì) Lever rule（F 2.1） 相律（相律（F 2.2） 三相點(diǎn)三相點(diǎn) 無(wú)限互溶（無(wú)限互溶（F 2.3）3.1.2 Impurity Solid Solubility 最大固溶度最大固溶度Frozen-inPrecipitationQuenching 3

2、.1.3 Phenomenon of Segregation Equilibrium Segregation Coefficientk=CS/CL , (& k=CS1/CS2，or * ) 3.2高純多晶硅的制備高純多晶硅的制備地球上最多的元素是地球上最多的元素是Si，化合物是石英砂（化合物是石英砂（SiO2），），與焦碳混合，在電爐中還原（與焦碳混合，在電爐中還原（16001800C）可以獲得可以獲得9599%的的工業(yè)粗硅（冶金級(jí)硅）工業(yè)粗硅（冶金級(jí)硅）。MGS（Metallurgical Grade Silicon）SiO2+2C=Si+2CO1、硅粉的酸洗、硅粉的酸洗HCl、王水、（H

3、F+H2SO4）、蒸餾水2、中間化合物的精餾提純與高純多晶硅、中間化合物的精餾提純與高純多晶硅的還原的還原1）三氯氫硅法（SiHCl3，trichlorosilanesTCS）合成合成Si+3HClSiHCl3+H2通過(guò)控制溫度、氣壓等，抑制SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiH4的產(chǎn)生 3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口精餾精餾還原（氫還原）還原（氫還原）SiHCl3+H211001200CSi+3SiCl4+2H2還原過(guò)程中的各種不完全 反應(yīng)尾氣化合物將影響純度2）硅烷法（SiH4） a）合成法：SiCl4+4LiHSiH4+4LiCl b）硅化鎂分解法：2Mg+Si Mg2

4、SiMg2Si+4NH4Cl 液NH3SiH4 +2MgCl+4NH3硅烷熱分解SiH4900CSi+2H2三氯氫硅法較經(jīng)濟(jì)效率高；硅烷法成本高，純度高 3.3單晶硅的生長(zhǎng)單晶硅的生長(zhǎng) 3.3.1（直拉法單晶生長(zhǎng)，（直拉法單晶生長(zhǎng)，Cz-Si）1、原理：在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻取鈮?、原理：在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻?、氣壓下，熔融的硅在高度完美的籽晶（下，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋轉(zhuǎn)牽引下可控地生長(zhǎng)。的旋轉(zhuǎn)牽引下可控地生長(zhǎng)。2、Cz-Si生長(zhǎng)工藝：生長(zhǎng)工藝：工藝控制：縮頸(Necking)；零位錯(cuò)生長(zhǎng)溫度場(chǎng)的分布；（缺陷、雜質(zhì)、二次熱缺陷）旋轉(zhuǎn)速率；（溫度場(chǎng)的均勻、雜質(zhì)均勻）提升速率；（直徑、缺陷

5、、應(yīng)力）彎月面的控制；（生長(zhǎng)測(cè)控的特征面）氣場(chǎng)的控制；（缺陷、雜質(zhì)）3、雜質(zhì)分布的控制：、雜質(zhì)分布的控制：1) 雜質(zhì)的摻入雜質(zhì)的摻入, (高摻雜高摻雜Si) ：0.001100 cm2) Segregation：生長(zhǎng)附面層與有效分凝系數(shù)生長(zhǎng)附面層與有效分凝系數(shù)附面層：附面層：熔融體附面，雜質(zhì)附面熔融體附面，雜質(zhì)附面impurityAlAsBCCuFeOPSb3) O、C的控制的控制來(lái)源：？來(lái)源：？檢測(cè)：檢測(cè)：FTIR改善：改善：MCz 同時(shí)也改善橫向均勻性同時(shí)也改善橫向均勻性通常：通常：O：1018 cm-3 C：1017 cm-3用途用途: a)絕大多數(shù)分離器件絕大多數(shù)分離器件b)集成電路襯

6、底集成電路襯底3.3.2 Float-zone (懸浮區(qū)熔法Fz-Si）1、目的：目的：獲得低獲得低O、C含量的含量的Si2、方法、方法F2.213、特點(diǎn)、特點(diǎn) Fz的縱向均勻的縱向均勻性比性比Cz好些好些; 可以多次區(qū)熔可以多次區(qū)熔提純提純,獲得探測(cè)獲得探測(cè)器級(jí)單晶硅器級(jí)單晶硅; 難以制備大直難以制備大直徑單晶徑單晶 摻雜濃度難以摻雜濃度難以控制控制4、NTD Si（Neutron Transmutation Doping，中子嬗變摻雜）1）摻雜： 3.4其它化合物半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)其它化合物半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)3.4.1.GaAs的的LEC （液封直拉法）（液封直拉法）（Liquid E

7、ncapsulated Czochralski Growth）原因：在高溫下，原因：在高溫下，Ga、As的蒸氣壓有很大的不的蒸氣壓有很大的不同（同（Ga：0.001atm；As：10atm）即：在晶體外保持即：在晶體外保持10atm的的As氣壓才能不使氣壓才能不使GaAs晶體中的晶體中的As分離分離逸出。逸出。事實(shí)上，在事實(shí)上，在500C熱處理時(shí)，熱處理時(shí)， GaAs晶體近表晶體近表面（面（ m）的）的As已經(jīng)會(huì)有嚴(yán)重的已經(jīng)會(huì)有嚴(yán)重的逸出。逸出。B2O3籽晶優(yōu)點(diǎn)：生長(zhǎng)快、成本低；缺點(diǎn)：位錯(cuò)密度高（熱應(yīng)力大）也適合于InP、GaP等材料的生長(zhǎng)3.4.2Bridgman GrowthHB法(Hor

8、izontal Bridgman)優(yōu)點(diǎn)：裝置“簡(jiǎn)單”；容易控制；缺陷密度較小；缺點(diǎn)：形成“D”型晶體，使用率低；不易得到高阻材料；與石英舟的接觸面大；VGF6in10McmDislocation： 25103cm-3 3.6晶片的加工晶片的加工3.6.1.器件對(duì)材料的要求3.6.2. Wafer Processing （Slicing，Etching，and Polishing）1、去頭、去尾、測(cè)試和分段(外觀、縱向均勻性）2、滾磨（ROUNDING）3、定向、磨參考面（Orientation）4、 Slicing（切片）內(nèi)圓切割內(nèi)圓切割I(lǐng)nner Diameter（ID Saw）晶棒晶棒（ingot）粘著粘著偏向（偏向（off-orientation）切片厚度？切片厚度？ m損傷層厚度損傷層厚度 m線切割（Wire Saw）5、倒角（Edge-rounded）6、Etching & Polishing（腐蝕與拋光）CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）雙面拋光（DSP）7、IdentificationMarking，Cleaning，Gettering，and Shipi