《硅片制备》PPT课件

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1、第四章硅片制备本章研究目的：研究硅片的制备过程，即沙子硅片包括：硅的提纯单晶硅生长硅片制备本章主要内容：硅的提纯硅晶体结构和晶向单晶硅生长晶体缺陷和硅中杂质硅片制备以下是订购硅晶圆时，所需说明的规格：项目说明晶面{100}、{111}、{110} ± 1o外径(吋)3456厚度(微米)300~450450~600550~650600~750(±25)杂质p型、n型阻值(Ω-cm)0.01 (低阻值) ~ 100 (高阻值)制作方式CZ、FZ (高阻值)拋光面单面、双面平坦度(埃)300 ~ 3,000常用的Si、Ge、GaAs选用的指标主要有：晶圆片的直径；晶片的

2、平整度；晶格的完整性；纯度；晶向；导电类型（P型或N型）；电阻率；例：<100>晶向无缺陷的单晶硅片8英寸硅片，硅片厚度约700ump型硅片，电阻率为10-50Ωcm准备工作——衬底选择§4.1硅的提纯半导体级硅（SGS）或电子级硅：用来做硅片的高纯硅被称为半导体级硅（SGS）或电子级硅。纯度：99.9999999%硅的提纯过程1.用碳加热硅石制备冶金级硅（MGS）2.通过化学反应将冶金级硅提纯生成三氯硅烷3.利用西门子法，通过三氯硅烷和氢气反应来生产半导体级硅（SGS）1.用碳加热硅石制备冶金级硅（MGS）SiO2和碳（用煤和焦炭）加热到大约2000oC冶金级硅

3、纯度98%含大量杂质：铝、铁2.通过化学反应将冶金级硅提纯生成三氯硅烷（1）冶金级硅磨成粉末，在催化剂的情况下，高温度与HCl反应。（2）蒸馏提纯SiHCl3和其中的杂质一起沸腾并由于沸点不同而分离。SiHCl3沸点31.40C冶金级硅的提纯3.利用西门子法，通过三氯硅烷和氢气反应来生产半导体级硅（SGS）西门子反应器生长的多晶硅§4.2晶体结构和晶向集成电路的衬底采用什么结构？集成电路的衬底采用什么晶向？固体分为：非晶体多晶体晶体非晶多晶单晶制作集成电路的衬底材料非晶：没有重复结构，多晶：部分重复结构单晶：完全重复结构，制造集成电路的衬底材料。晶向<100>晶面

4、<111>晶面§4.3单晶硅生长多晶硅单晶硅晶体生长：把多晶块转变成一个大单晶，并给予正确的晶向和适量的N型或P型掺杂。单晶硅生长方法目前主要有两种不同的生长方法：直拉法（CZ法）区熔法直拉法（CZ法）85%的单晶都是通过直拉法生长的。直拉单晶炉直拉单晶炉熔融物质再结晶必备的条件：降温结晶中心--籽晶:单晶硅，无位错，晶向正，电阻率高，表面没有任何损伤和杂质沾污……单晶拉制过程1.清洁处理----炉膛、多晶硅、籽晶、掺杂剂、坩埚等等2.装炉----装多晶硅、掺杂剂3.抽真空4.回充保护性气体5.加热融化----15000C左右6.单晶拉制7.关炉降温单晶生长的过程

5、：（1）下种（2）缩颈；（3）放肩；（4）等颈生长；（5）收尾。单晶锭直拉法中的掺杂方式：掺杂杂质加入到粉碎的硅粉中。方法：元素掺杂合金掺杂区熔法制备过程：1）将掺杂好的多晶硅棒和籽晶一起竖直固定在区熔炉内，多晶棒底部和籽晶接触；2）抽真空或通入惰性气体；3）射频线圈通电流将多晶硅熔化；4）融化区从多晶硅底部区域开始，然后慢慢地向上移动，形成单晶硅；5）反复多次，使硅棒沿籽晶生长成具有预期电学性能的单晶硅。直拉法特点：优点：工艺成熟，能较好地拉制低位错、大直径的硅单晶。缺点：是难以避免来自石英坩埚和加热装置的杂质污染。杂质污染：氧、碳应用：生长大直径低电阻率的硅单

6、晶。直拉法与区熔法比较区熔法特点：优点：氧、碳含量低。缺点：硅棒直径小，不能生长大直径的单晶；并且掺杂困难。应用：生长高纯度单晶硅；或单晶硅进一步提纯。区熔法的掺杂1、芯体掺杂适合扩散系数比较大的杂质；2、气体掺杂PH3、AsCl3、BCl33、小球掺杂适合分凝系数较小的杂质4、中子嬗变掺杂n型轻掺杂两种生长方法的比较：直拉法区熔法直径大直径（300mm）小直径（150mm）杂质含量高低电阻率低高成本低高§4.4硅中的晶体缺陷和杂质本节目的：讨论晶体中的各种缺陷和杂质，以及它们在晶体中扮演的角色。缺陷分类：点缺陷线缺陷——位错面缺陷——层错体缺陷一、点缺陷自间隙原

7、子、空位、替位杂质、间隙杂质弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷本征缺陷，非本征缺陷1.有益：掺杂原子的替位型缺陷2.无益：金属杂质沾污的填隙缺陷点缺陷在晶体中扮演的角色二、位错一维缺陷；单晶内部一组晶胞排错位置所制。刃位错螺位错位错分类原生位错：是晶体中固有的位错。诱生位错：是指在芯片加工过程中引入的位错，其数量远远大于原生位错。大致可分为三个方面：高温工艺过程引入的位错掺杂过程中引入的位错晶体的物理损伤引入的位错产生位错的原因在单晶硅生长过程中，应该避免位错的出现。位错对晶体的影响位错是应力存在的标志。杂质容易聚集在位错线附近，沿位错线沉积。1.有源区：无论是原生的还是诱

8、生的缺陷对