《衬底制备》PPT课件.ppt
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1、第一章第一章 衬底制备衬底制备主主 讲:毛讲:毛 维维西安电子科技大学微电子学院西安电子科技大学微电子学院第一章第一章 衬底制备衬底制备 1.1衬底材料衬底材料1.1.1衬底材料的类型衬底材料的类型n1.元素半导体元素半导体Si、Ge、C(金刚石)(金刚石)n2.化合物半导体化合物半导体GaAs、SiGe、SiC、GaN、ZnO、HgCdTen3.绝缘体绝缘体蓝宝石蓝宝石表表1周期表中用作半导体的元素周期表中用作半导体的元素n 族族 族族 族族 族族 族族n第第2周期周期BC Nn第第3周期周期AlSi P Sn第第4周期周期ZnGaGe As Sen第第5周期周期CdInSn Sb Ten第
2、第6周期周期HgPb 元素半导体元素半导体Si:n占地壳重量占地壳重量20%-25%;n单晶直径最大,目前单晶直径最大,目前16英吋(英吋(400mm),每每3年增加年增加1英寸;英寸;nSiO2作用作用:掩蔽膜、钝化膜、介质隔离、绝掩蔽膜、钝化膜、介质隔离、绝缘介质(多层布线)、绝缘栅、缘介质(多层布线)、绝缘栅、MOS电容的介质材料;电容的介质材料;n多晶硅(多晶硅(Poly-Si):栅电极、杂质扩散):栅电极、杂质扩散源、互连线(比铝布线灵活);源、互连线(比铝布线灵活);元素半导体元素半导体Ge:漏电流大:禁带宽度窄,仅漏电流大:禁带宽度窄,仅0.66eV(Si:1.12eV);工作温
3、度低:工作温度低:75(Si:150););GeO2:易水解(易水解(SiO2稳定);稳定);本征电阻率低:本征电阻率低:47cm(Si:2.3105cm););成本高。成本高。n优点:电子和空穴迁移率均高于优点:电子和空穴迁移率均高于Sin最新应用研究:应变最新应用研究:应变Ge技术技术-Ge沟道沟道MOSFET第一章第一章 衬底制备衬底制备1.1.2对衬底材料的要求对衬底材料的要求1.导电类型:导电类型:N型与型与P型都易制备;型都易制备;2.电阻率:电阻率:10-3108cm,且均匀性好(纵向、横,且均匀性好(纵向、横向、微区)、可靠性高(稳定、真实);向、微区)、可靠性高(稳定、真实)
4、;3.寿命(少数载流子):晶体管寿命(少数载流子):晶体管长寿命;长寿命;开关器件开关器件短寿命;短寿命;4.晶格完整性:无位错、低位错(晶格完整性:无位错、低位错(1000个个/cm2););第一章第一章 衬底制备衬底制备1.1.2对衬底材料的要求对衬底材料的要求5纯度:电子级硅(纯度:电子级硅(EGS,electronic-grade-silicon)-1/109杂质;杂质;6晶向:双极器件晶向:双极器件-;MOS-;GaAs-;7直径:直径:8平整度:平整度:9主、次定位面:主、次定位面:10.禁带宽度、迁移率、晶格匹配等。禁带宽度、迁移率、晶格匹配等。第一章第一章 衬底制备衬底制备1.
5、1.3起始材料起始材料-石英岩(高纯度硅砂石英岩(高纯度硅砂-SiO2)SiO2+SiC+CSi(s)+SiO(g)+CO(g),冶金级硅:冶金级硅:98%;Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2,三氯硅烷室温下呈液态(沸点为三氯硅烷室温下呈液态(沸点为32),利用分),利用分馏法去除杂质;馏法去除杂质;SiHCl3(g)+H2Si(s)+3HCl(g),电子级硅电子级硅(片状多晶硅)。(片状多晶硅)。第一章第一章 衬底制备衬底制备1.2 1.2 单晶的制备单晶的制备 1.2.1直拉法(直拉法(CZ法)法)1.拉晶仪拉晶仪构成:构成:炉体炉体 拉晶装置拉晶装置 环境控制环境控制 电
6、子控制及电源系统电子控制及电源系统 柴可拉斯基拉晶仪柴可拉斯基拉晶仪1.1.拉晶仪拉晶仪炉体炉体n石英坩埚:盛熔融硅液;石英坩埚:盛熔融硅液;n石墨基座:支撑石英坩埚;加热坩埚;石墨基座:支撑石英坩埚;加热坩埚;n旋转装置:顺时针转;旋转装置:顺时针转;n加热装置:加热装置:RF线圈;线圈;拉晶装置拉晶装置n籽晶夹持器:夹持籽晶(单晶);籽晶夹持器:夹持籽晶(单晶);n旋转提拉装置:逆时针;旋转提拉装置:逆时针;环境控制环境控制n真空系统:真空系统:n气路系统:提供惰性气体;气路系统:提供惰性气体;n排气系统:排气系统:电子控制及电源系统电子控制及电源系统2.2.拉晶过程拉晶过程例,例,2.5
7、2.5及及3 3英寸硅单晶制备英寸硅单晶制备熔硅熔硅n调节坩埚位置;注意事项:熔硅时间不易长;调节坩埚位置;注意事项:熔硅时间不易长;引晶(下种)引晶(下种)n籽晶预热:位置籽晶预热:位置-熔硅上方;熔硅上方;目的目的-避免对热场的扰动太大;避免对热场的扰动太大;n与熔硅接触:温度太高与熔硅接触:温度太高-籽晶熔断;籽晶熔断;温度太低温度太低-过快结晶;过快结晶;合适温度合适温度-籽晶与熔硅可长时间接籽晶与熔硅可长时间接 触,既不会进一步融化,也不会生长;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收颈n目的:抑制位错从籽晶目的:抑制位错从籽晶向晶体延伸;向晶体延伸;n直径:
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