第二章衬底制备.ppt
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1、 第二章 衬 底 制 备主要内容n2.1 衬底材料n2.2 晶体生长n2.3 衬底制备2.1衬底材料一、衬底材料的类型n1.元素半导体Si、Ge、C(金刚石)n2.化合物半导体GaAs、SiGe、SiC、GaN、ZnO、HgCdTen3.绝缘体蓝宝石表1周期表中用作半导体的元素n族 族 族 族 族n第2周期BCNOn第3周期AlSiPSn第4周期ZnGa Ge AsSen第5周期CdInSnSbTen第6周期HgPb元素半导体元素半导体Si:n占地壳重量25%;n单晶直径最大,目前32英吋(80cm),每3年增加1 英吋;nSiO2:掩蔽膜、钝化膜、介质隔离、绝缘介质(多 层布线)、绝缘栅、M
2、OS电容的介质材料;n多晶硅(Poly-Si):栅电极、杂质扩散源、发 射极互连线(比铝布线灵活);元素半导体元素半导体Ge:n漏电流大:禁带宽度窄,仅0.66Ev(Si:1.1Ev);n工作温度低:75(Si:150);nGeO2:易水解(SiO2稳定);n本征电阻率低:47cm(Si:2.3X105cm);n成本高。二、对衬底材料的要求二、对衬底材料的要求n1导电类型:N型与P型都易制备;n2电阻率:0.01-105cm,且均匀性好(纵向、横 向、微区)、可靠性高(稳定、真实);n3寿命(少数载流子):晶体管长寿命;开关器件短寿命;n4晶格完整性:无位错、低位错(1000个/cm2);二、
3、对衬底材料的要求二、对衬底材料的要求n5纯度高:电子级硅(EGS,electronic-grade-silicon)-1/109杂质;n6晶向:双极器件-;MOS-;GaAs-;n7直径:n8平整度:n9主、次定位面:n10.禁带宽度、迁移率、晶格匹配等。三、晶体结构n无定形(非晶)不存在重复结构n多晶有一些重复结构n单晶一个完整的重复结构无定形结构多晶结构单晶结构单晶硅的基本单元金刚石结构;四面体晶向晶向晶向晶面制造MOS器件和电路晶面制造双极型器件和电路晶面刻蚀凹坑晶面刻蚀凹坑四、起始材料-石英岩(高纯度硅砂-SiO2)n SiOSiO2 2+SiC+CSi(s)+SiO(g)+CO(g)
4、,+SiC+CSi(s)+SiO(g)+CO(g),冶金级硅:冶金级硅:98%98%;n Si(s)+3HCl(g)SiHClSi(s)+3HCl(g)SiHCl3 3(g)+H(g)+H2 2,三三氯氯硅硅烷烷室室温温下下呈呈液液态态(沸沸点点为为3232),利利用分馏法去除杂质;用分馏法去除杂质;n SiHClSiHCl3 3(g)+H(g)+H2 2Si(s)+3HCl(g)Si(s)+3HCl(g),得到电子级硅得到电子级硅 (片状多晶硅)。(片状多晶硅)。2.2晶体生长一、直拉法(CZ法)1拉晶仪炉子n石英坩埚:盛熔融硅液;n石墨基座:支撑石英坩埚;加热坩埚;n旋转装置:顺时针转;n
5、加热装置:RF线圈;柴可拉斯基拉晶仪1.拉晶仪拉晶装置n籽晶夹持器:夹持籽晶(单晶);n旋转提拉装置:逆时针;环境控制n真空系统:n气路系统:提供惰性气体;n排气系统:电子控制及电源系统直拉(CZ)法生长单晶2.2.拉晶过程拉晶过程例,2.5及3英吋硅单晶制备熔硅n调节坩埚位置;注意事项:熔硅时间不易长;引晶(下种)n籽晶预热:目的-避免对热场的扰动太大;位置-熔硅上方;n与熔硅接触:温度太高-籽晶熔断;温度太低-籽晶不熔或不生长;合适温度-籽晶与熔硅可长时间接触,既不会进一步融化,也不会生长;2.2.拉晶过程拉晶过程收颈n目的:抑制位错从籽晶向晶体延伸;n直径:2-3mm;n长度:20mm;
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