半导体材料（张源涛）半材第4章总结

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1、第四章、硅中有害杂质1、概念解释:①*小平面效应:晶体生长的固液界面，由于受圮垠中熔体等温线的限制，常常是弯曲的。如果在品体生长时迅速提起品体，则在〈111＞错、硅单品的I古1液界面会岀现一小片平整的平面，它是仃11）原子密排面，称之为小平面。在小平面区杂质浓度与非小平面区有很大差异，这种杂质在小平面区域中分布异常的现象叫小平面效应。②杂质（生长）条纹:在晶体生长的过程屮，由于各种外界因素导致晶体生长速率的的微起伏，造成品体中杂质浓度的起伏，品体的电阻率、载流子寿命及其他物理性能在纵、径向出现周期性起伏，在用化

2、学腐蚀时表现出宽窄不一的条纹称为杂质条纹。③旋转性条纹：在晶体转轴与温场轴不重合吋，不同吋刻所生长的晶体中杂质浓度是不相同的，这样形成的条纹叫旋转性条纹。④*中子嫗变掺杂：通常是由Si29,S超三种同位素组成。将高纯区熔硅单晶放入原子反应堆中进行中子辐照，使S评激活嫗变为起施主作用进行掺杂，称为中子娼变掺杂（*NTD）④漩涡缺陷：无位错单晶在生长方向的横断面经希特尔腐蚀液腐蚀后，所观察到的呈漩涡状分布的宏观缺陷花纹，俗称漩涡缺陷。⑤热施主效应：在硅单品中，由于含有氧杂质，在对其进行热处理时，Si与0之间发生一系

3、列反应，在450C。时SiO以最快的速度形成SiOi,SiO‘1是-个正电中心，可以束缚一个电子，在室温下受热激发而使它电离出来参与导电，Si04起施主作用，此种效应称为热施主效应。⑥吸杂工艺：通过机械化学处理方法，在硅片的非电活性区引入缺陷，在热处理时一些重金展杂质会扩散并淀积在这些缺陷处，从而减少了这些有害杂质对器件工作区的影响，改善了器件的性能，这种工艺叫吸杂工艺。2、简述CZ法中杂质掺入办法及其选择依据。答：对于不易挥发的杂质如硼,可采用共熔法掺入,即把掺入元素或母合金与原料一起放在1甘烟中熔化；对于易

4、挥发的杂质,如碑、锐等，则放在掺杂勺中,待材料熔化后，在拉晶前再投放到熔体中，并需冲入氮气抑制杂质挥发。（掺入杂质的方法一共熔法和投杂法）3、讨论CZ法屮影响单晶纵向电阻率均匀性的因素及其控制办法。答：影响直拉单晶电阻率的因素有：杂质的分凝、蒸发、沾污等。对丁K〈1的杂质，分凝会使单晶尾部电阻率降低；而蒸发正好和反，会使单晶尾部电阻率升高。沾污使N型单晶尾部电阻率增高，P型相反。*控制方法：①变速拉晶法。出发点是Cs二KC.若在晶体生长初期用较人的拉速，随后随着晶体的生长而不断减小拉速，保持Cl与Keff乘积不

5、变,这样拉出来的单晶纵向电阻率就均匀了。②双1甘烟法。4、讨论CZ法中影响单晶径向电阻率均匀性的因素及其控制办法。答：*影响单晶径向电阻率均匀性的主要原因是晶体生长吋固液界面的平坦度和*小平面效应的影响（P82）。控制办法：①调整晶体牛长热系统,使热场的径向温度梯度变小。②週节拉晶运行参数,对凸熔体界面，增加拉速。③调整晶体或坦埸的转速。④增大圮竭内径与晶体直径的比值。（对于小平面效应，需将固液界面调平）书中补充（非答题）：①在杂质K〈1时，凸向熔体的界面会使径向电阻率出现中间高边缘低，凹向熔体的界面则相反，平

6、坦的固液界面其径向电阻率均匀性就比较好。②拉晶时，在固液界面处热交换主要有亜bI、熔硅凝固放出的热；II、熔体的热传导；III、通过品体向上的热传导；IV、通过品体向外的辐射热。③在牛长晶体头部时，固液界面距单晶炉水冷籽晶杆较近，晶体内温度梯度较人，使晶体纵向导热人于表面辐射热，所以固液界面凸向熔体，在晶体生长到屮部，纵向导热等于表面辐射热，故界面平直。5、说明不同的固液生长界面形状（凸、凹、平）对电阻率径向分布的影响（K〈l杂质）答：对于K〈1的杂质。①当晶体生长过程中，纵向热传导〉径向热辐射吋，如拉晶初期，

7、固液生长界面凸向熔体，导致在同一高度的平面内屮间部分晶体先生长，杂质浓度小，边缘部分后生长，杂质浓度大，造成沿径向电阻率中间高外面低。②当纵向热传导二径向热辐射时，如等径生长部分,固液面平坦，杂质浓度和电阻率沿径向分布均匀。③当纵向热传导〈径向热辐射时，如晶体生长后期，晶体固液界面凹向熔体，导致在同一高度平面内中间部分后生长，杂质浓度大，边缘部分先生长，杂质浓度小，径向电阻率中低外高。6、分析产生杂质条纹的根木*原因并说明对于非平坦界面，由于晶转轴与热转轴不重合带来的杂质条纹的形状（横截面、纵截面、表面）答：根

8、本原因：晶体屮杂质浓度的起伏一-由于晶体生长速率的起伏造成的。①由于单晶炉的机械蠕动和机械震动-间歇式条纹;②由于品体转轴和温场轴不同轴一旋转性条纹；③由于加热器功率或热量损耗的起伏；④由于液流状态不稳定。对于非平台界面，由于晶转轴与热场轴不重合，使杂质条纹沿晶体横截面呈螺旋状结构，纵截面周期性螺旋结构，表面也呈螺旋结构。7、解释组分过冷并推导组分过冷产生的条件，讨论出现组分过冷时平坦