单晶硅制备工艺ppt课件.ppt

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1、单晶炉简介HDT-100型硅单晶硅生长炉，是由世界上著名的晶体生长设备制造公司德国CGS公司和中国最大的晶体炉设备制造公司西安理工大学工厂共同生产的。HDT-100型硅单晶生长炉，是软轴提拉型单晶炉，是在惰性气体环境中，以石墨电阻加热器，将硅半导体材料熔化，用直拉法生长无错位单晶的设备。它可生产大规模集成电路所需要的高质量单晶。该设备使用18〞20〞石英坩埚热场，生长6″或8″的硅单晶，可选配二次加料系统以提高生产效率。该设备提供的两对（四个）电极，可满足用户采用两温区加热的工艺要求。HDT-100型单晶炉机械系统大致分类为六大部分，分别是：基座及炉室、晶体提升及

2、旋转部件、坩埚升降及旋转部件、真空及氩气充入系统、水冷系统、其它附件。外形如下图所示。直拉单晶硅制备工艺第一节：半导体硅的概念第二节：备料第三节：生长条件第四节：拉晶过程第五节：拉晶过程中的异常情况及处理第六节：单晶硅的电阻率和掺杂计算第七节：单晶硅的物理检测为何选择硅？1硅的丰裕度2更高的熔化温度允许更宽的工艺容限3更宽的工作温度范围4氧化硅的自然生成硅是地球第二丰富的元素，占到地壳成分的25﹪，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。硅的熔点1416±4℃，更高的熔点使硅可以承受更高的工艺，增加半导体的应用范围和可靠性。第一节：半导体硅的概念

3、1.硅的物理性质;硅的化学符号：Si原子量：28原子序号：14熔点1416±4℃沸点3145℃晶体结构金刚石，20℃固态密度：2.33g/㎝3，1420℃液态密度2.54g/㎝3），电子迁移率1350±100㎝3，空穴迁移率:480±15㎝3硅是四价元素，呈灰色，金属光泽，性质：脆弱，比重较小，硬度较大。2.硅是一种半导体材料，通常的工业硅不具备半导体性能，但当硅纯度达到一定水平是就显示出优异的半导体性能。（提纯的意义）3.晶体与非晶体晶体:由原子、分子或离子在空间按一定规律排列组成空间排列具有周期性和对称性。宏观性质：1晶体具有规则的外形2具有一定的熔点3晶体各

4、向异性非晶体：没有固定熔点，各向同性。绝缘体导体半导体电子能量电子能量电子能量绝缘体导体半导体价电子分布于价带内，价带与导带之间存在一个禁带宽度，禁带宽度具有很高的能级而产生一个禁带（通常大于2eV）是绝缘体。价带与导带重叠，电子移动只需要很小的能量，是导体。介于绝缘体与导体之间的禁带能级，就是半导体。硅的禁带宽度是1.12eV，半导体的禁带宽度处于中等程度。导带禁带价带带导价带重叠能带导带禁带价带2.单晶硅的概念熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。3单晶硅的生长单晶硅按晶体

5、生长方法的不同，分为直拉法（CZ）、区熔法（FZ）和外延法。直拉法、区熔法生长单晶硅棒材，外延法生长单晶硅薄膜。直拉法生长的单晶硅主要用于半导体集成电路、二极管、外延片衬底、太阳能电池。目前晶体直径可控制在Φ3~12英寸。区熔法单晶主要用于高压大功率可控整流器件领域，广泛用于大功率输变电、电力机车、整流、变频、机电一体化、节能灯、电视机等系列产品。外延片主要用于集成电路领域。2.1.多晶硅2.籽晶3.母合金（掺杂剂）4.石英坩埚第二节:备料多晶硅生长直拉单晶硅所用的高纯多晶硅原料必须符合的条件：结晶致密、金属光泽好、断面颜色一致，没有明暗的温度圈和氧化夹层，纯度要

6、求高。多晶硅分级技术标准等级优级一级二级三级等外基磷含量/㎝31*10131.5*10133*10137.5*10134.6*1014基磷电阻Ωcm≥450≥300≥150≥60≥10基硼含量/㎝32.6*10135*10138.5*10131.1*10144.0*1014基硼电阻Ωcm≥4500≥2600≥1500≥1000≥30原料腐蚀酸配比及腐蚀时间名称酸配比(HF:HNO3)说明还原多晶硅1：6~1：7腐蚀液侵没多晶硅，搅拌时不外露即可，冒出大量棕黄色气体NO2时，用高纯水冲洗回炉多晶硅1：5~1：7同上籽晶1：6~1：7旧籽晶如有氧化层，应先用砂纸磨去再

7、腐蚀母合金1：6~1：7碎块容易氧化，腐蚀应缓慢石英坩埚1：10一般腐蚀1~2分钟，用高纯水冲洗（目前已基本不用此工序）籽晶籽晶是生长单晶的种子，也叫晶种。拉制单晶的籽晶一般用单晶切成，一般为高阻。晶向：结晶面的垂直方向叫做该晶面的晶向根据晶向可分为：（100）（111）（110）等（100）：晶向的单晶有四条棱线互成90度（111）：晶向的单晶有三条棱线互成120度（110）:晶向的单晶有六条棱线母合金拉制一定型号和电阻率的硅单晶，要选用适当的惨杂剂。五族元素常用作单晶硅N型掺杂剂，主要有磷、砷、锑。三族元素常用作单晶硅P型掺杂剂，主要有硼、铝、镓。所谓母合金就

8、是杂质元素