寬帶隙半導(dǎo)體材料和工藝.

1、寬禁帶半導(dǎo)體材料和工藝寬禁帶半導(dǎo)體材料和工藝-彭領(lǐng)2022-5-23WBS需求現(xiàn)狀2022-5-23半導(dǎo)體材料的發(fā)展 第一代半導(dǎo)體：元素半導(dǎo)體（Si，Ge） 第二代半導(dǎo)體：化合物半導(dǎo)體（GaAs） 第三代半導(dǎo)體：寬禁帶半導(dǎo)體（SiC，GaN，金剛石）2022-5-23寬禁帶半導(dǎo)體材料 寬禁帶半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)： 1、禁帶寬度大 2、電子飄逸飽和速度高 3、介電常數(shù)小 4、導(dǎo)熱性能好2022-5-23寬禁帶半導(dǎo)體材料2022-5-23SIC材料 晶體結(jié)構(gòu)：多型結(jié)構(gòu)，常見的結(jié)構(gòu)有立方結(jié)構(gòu)的3C-SiC 和六方結(jié)構(gòu)的 6H-SiC 和4H-SiC ，目前已被證實(shí)的多型體有200多種。其中6H-SiC最穩(wěn)定

2、。 純碳化硅是無(wú)色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質(zhì)的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍(lán)乃至黑色 能帶結(jié)構(gòu)：間接躍遷型2022-5-23SIC材料 SiC多型結(jié)構(gòu)2022-5-23SIC材料 硬度、耐磨性 碳化硅具有高硬度，它的莫氏硬度為9.29.3，處于金剛石和黃玉之間，可以切割紅寶石。同樣，它還具有高耐磨性。 熱穩(wěn)定性 在常壓下不可能熔化SiC，高壓高溫下，碳化硅的熔點(diǎn)溫度在2830（40），SiC升華分解為碳和含硅的SiC蒸氣 化學(xué)性質(zhì) SiC表面易生成SiO2層，SiC具有良好的抗放射性，SiC器件抗輻射能力是硅的10-100倍。2022-5-23GaN材料 隨著半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)技術(shù)的突破和

3、P型GaN的成功制備 1991年世界上第一個(gè)藍(lán)光GaN LEDs 在日本日亞工業(yè)公司問世 標(biāo)志著新一代LEDs 的研制、開發(fā)和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期； GaN具有比SiC更高的遷移率，更重要的是GaN可以形成調(diào)制摻雜的GaN結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在室溫下獲得更高的電子遷移率、極高的峰值 電子速度和飽和電子速度2022-5-23GaN材料 GaN晶格結(jié)構(gòu)2022-5-23GaN材料 GaN室溫電子遷移率可達(dá)1000m2/(VS)。 GaN基系列半導(dǎo)體材料具有強(qiáng)的原子鍵、化學(xué)穩(wěn)定性好，在室溫下不溶于水、酸和堿； GaN基半導(dǎo)體也是堅(jiān)硬的高熔點(diǎn)材料，熔點(diǎn)高達(dá)約1770。 GaN具有高的電離度，在III-V

4、族化合物中是最高的（0.5或0.43）。2022-5-23GaN材料 GaN的應(yīng)用1、發(fā)光器件（LEDs, LDs);2、場(chǎng)效應(yīng)晶體管;3、紫外光探測(cè)器;4、微波波導(dǎo)5、光存儲(chǔ)器件2022-5-23SiC工藝 SiC器件制造工藝的重要特點(diǎn)：1、原料來(lái)源的無(wú)限性；2、典型的原料純化和加工處理過程；3、對(duì)生物圈造成的能量負(fù)荷和生態(tài)負(fù)荷低；4、可以以基體自身的碳形成本征掩蔽膜，也存在本征氧化物SiO2；2022-5-23SiC工藝 制備SiO2的方法1.熱氧化法2.化學(xué)氣相淀積法3.熱分解淀積法4.濺射法5.真空蒸發(fā)法6.陽(yáng)極氧化法等 2022-5-23熱氧化法 熱氧化法：硅與氧或水汽等氧化劑在高溫

5、下生成SiO2的過程，具有很高的重復(fù)性 優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好，表面態(tài)密度小，可很好控制界面陷阱和固定電荷，性質(zhì)不太受濕度和中等熱處理溫度的影響，因此是集成電路中最重要的制備SiO2方法2022-5-23氧化工藝 在半導(dǎo)體生產(chǎn)中普遍采用干-濕-干的氧化方法2022-5-23氧化工藝熱氧的優(yōu)點(diǎn)：（1）優(yōu)良的絕緣體： 電阻率 1 1020 cm 能帶寬度 9 eV（2）高擊穿電場(chǎng)： 10 MV/cm（3）穩(wěn)定以及可再生的Si/SiO2界面（4）在裸露硅表面氧化的保形覆蓋好2022-5-23光刻技術(shù) 光刻是集成電路工藝中的關(guān)鍵性技術(shù)，最早的構(gòu)想來(lái)源于印刷技術(shù)中的照相制版 概念：將掩模版上的圖形（電路結(jié)構(gòu)）“臨

6、時(shí)”（嵌套式）轉(zhuǎn)移到硅片上的過程 光刻技術(shù)在半導(dǎo)體器件制造中的應(yīng)用最早可追溯到1958年，實(shí)現(xiàn)了平面晶體管的制作 光刻工藝的成本在整個(gè)IC芯片加工成本中幾乎占三分之一 IC集成度的提高，主要?dú)w功用于光刻技術(shù)的進(jìn)步2022-5-23光刻技術(shù)2022-5-23光刻技術(shù)光刻工藝的主要步驟（I）：2022-5-23光刻技術(shù) SiC器件制造工藝的重要特點(diǎn)：1、原料來(lái)源的無(wú)限性；2、典型的原料純化和加工處理過程；3、對(duì)生物圈造成的能量負(fù)荷和生態(tài)負(fù)荷低；4、可以以基體自身的碳形成本征掩蔽膜，也存在本征氧化物SiO2；2022-5-23光刻技術(shù) 在SiO2薄膜上形成圖形為例2022-5-23曝光工藝 紫外（UV）和深紫外（DUV）光源是目前IC工業(yè)上普遍應(yīng)用的曝光光源 UV曝光的主要方法有：1.接觸式曝光2.接近式曝光3.投影式曝光2022-5-23曝光工藝2022-5-23曝光工藝2022-5-23曝光工藝2022-5-23刻蝕 刻蝕，是指用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程?？涛g的基本目的，是在涂膠(或有掩膜)的硅片上正確的復(fù)制出掩膜圖形。 在半導(dǎo)體制造中有兩