西工大微电子制造工艺概论总结.doc

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1、第1章单晶硅特点1.硅材料的优点：①原料充分，占地壳25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式；②硅晶体表面易于生长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要；③密度只有2.33g/cm3，是锗/砷化镓的43.8%，用于航空、航天；④热学特性好，线热膨胀系数小，2.5*10-6/℃，热导率高，1.50W/cm·℃，芯片散热；⑤单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，目前16英寸；⑥机械性能良好，MEMS。2.硅中的点缺陷、线缺陷：（1）点缺陷本征缺陷（晶体中原子由于热运动）空位A：晶格硅原子位置上出现空缺；自填隙原子B：硅原子不在晶格位置上，

2、而处在晶格位置之间。杂质（非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体）替位杂质C填隙杂质D①肖特基缺陷：空位缺陷；②弗伦克尔（Frenkel）缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格之间，形成的空穴和自填隙的组合；③填隙杂质：在微电子工艺中是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的畸变，但对半导体晶体的电学性质影响不大；④替位杂质：通常是在微电子工艺中有意掺入的杂质。例如，硅晶体中掺入Ⅲ、Ⅴ族替位杂质，目的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au等，目的是在硅晶体中添加载流子复合中心，缩短载流子寿命。（2）线缺陷线缺陷最常见的就是位错。位错附近，原子排列

3、偏离了严格的周期性，相对位置发生了错乱。123BA位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。在交界处形成位错。用滑移矢量表征滑移量大小和方向。缺陷附近共价键被压缩1、拉长2、悬挂3，存在应力位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体中插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直；螺（旋）位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD与滑移矢量平行。刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。硅晶体的双层密排面间原子价键密度最小，结合最弱，滑移常沿{111}面发生，位错线也就常在{111}晶面之间。该面称为滑移面。1.硅中杂质的类型半导体

4、材料多以掺杂混合物状态出现，杂质分为有意掺入的和无意掺入的。有意掺入Si中的杂质有Ⅲ、VA族硼、磷、砷、锑。故意杂质一般能替代硅原子，占据晶格位置，在适当的温度下电离生成自由电子或空穴，能改变硅晶体的电学特性，具有电活性。无意掺入Si中的杂质有氧，碳等。①间隙式杂质：主要是Ⅰ和Ⅷ族元素，有：Na、K、Li、H等，它们通常无电活性，在硅中以间隙方式扩散，扩散速率快。②替位式杂质：主要是Ⅲ和Ⅴ族元素，具有电活性，在硅中有较高的固溶度。以替位方式扩散为主，也存在间隙-替位式扩散，扩散速率慢，称为慢扩散杂质。③间隙—替位式杂质：大多数过渡元素：Au、Fe、Cu、

5、Pt、Ni、Ag等。都以间隙-替位方式扩散，约比替位扩散快五六个数量级，最终位于间隙和替位这两种位置，位于间隙的杂质无电活性，位于替位的杂质具有电活性。共价键内的电子称为束缚电子。挣脱原子核束缚的电子称为自由电子。T=0K且无外界激发，只有束缚电子，没有自由电子，本征半导体相当于绝缘体。T=300K，本征激发，少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺入三价元素，如B，形成P型半导体，也称空穴型半导体。因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。空穴是多子（杂质、热激发），

6、自由电子是少子（热激发)。掺入五价元素，如P，形成N型半导体，也称电子型半导体。由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子。自由电子是多子（杂质、热激发），空穴是少子（热激发）。Ⅲ、V族电活性杂质主要有：硼、磷、砷，锑等浅能级杂质金等杂质在室温时难以电离，多数无电活性，是复合中心，具有降低硅中载流子寿命的作用，是深能级杂质不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象叫杂质补偿。4.杂质的固溶度的概念一种元素B(溶质)引入到另一种元素A(溶剂)晶体中时，在达到一定浓度之前，不会有新相产生，仍保持原A晶体结构，这样的

7、晶体称为固溶体。一定温度，杂质在晶体中具有最大平衡浓度，这一平衡浓度就称为该杂质B在晶体A中的固溶度。第2章硅片的制备1.多晶硅的制备过程（石英沙—>冶金级硅）制备多晶硅，石英砂（硅石）通过冶炼得到冶金级硅（MGS），再经过一系列的提纯工艺得到电子级硅（EGS），然后由电子级多晶硅熔体拉制出单晶硅锭，再切片加工出硅片。①多晶硅的制备—冶炼*冶炼是采用木炭或其它含碳物质如煤、焦油等来还原石英砂，得到硅。硅的含量在98-99﹪之间，称为冶金级硅（MGS），也称为粗硅或硅铁。　主要杂质：Fe、Al、C、B、P、Cu要进一步提纯。②多晶硅的制备——提纯*酸洗：硅

8、不溶于酸，粗硅初步提纯是用盐酸、王水、氢氟酸等混合强酸浸泡，去除粗硅中的铁、铝等