半导体材料制备ppt课件.ppt

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1、第十一章半导体材料制备生长技术体单晶生长技术单晶生长通常利用籽晶在熔融高温炉里拉伸得到的体材料，半导体硅的单晶生长可以获得电子级（99.999999%）的单晶硅外延生长技术外延指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术。新生单晶层的晶向取决于衬底，由衬底向外延伸而成，故称“外延层”。晶体生长问题生长热力学生长动力学生长系统中传输过程11.1体单晶生长结晶过程驱动力杂质分凝组分过冷结晶过程驱动力杂质分凝杂质在液相和固相中的浓度不同组分过冷生长过程中，杂质不断排向熔体，使熔体中杂质浓度越来越高，过冷度愈来愈大，离固液界面越远10.2体单晶生长方法体单晶生长垂直生长水平生长

2、直拉法磁控直拉法液体复盖直拉法蒸汽控制直拉法悬浮区熔法垂直梯度凝固法垂直布里奇曼法水平布里奇曼法10.2.1直拉法温度在熔点附近籽晶浸入熔体一定速度提拉籽晶最大生长速度熔体中的对流生长界面形状各阶段生长条件的差异10.2.2直拉生长技术的改进磁控直拉法-----Si连续生长法-----Si液体覆盖直拉法-----GaAs，InP，GaP，GaSb，InAs蒸汽控制直拉法-----GaAs，InP10.2.3悬浮区熔法利用悬浮区的移动进行提纯和生长无坩埚生长技术，减少污染杂质分凝Si10.2.4垂直梯度凝固法和垂直布里奇曼法VGF多段加热炉温度梯度GaAs，In

3、PVB加热炉相对于石英管移动温度梯度CdTe，HgS，CdSe，HgSe例子：硅的单晶生长第一步：石英（90%）还原脱氧成为熔炼级硅（99％）第二步：熔炼级硅（99％）到电子级多晶硅粗硅提纯到电子级多晶硅粗硅与氯化氢在200℃以上反应Si十3HCl==SiHCl3+H2实际反应极复杂，除生成SiHCl3外，还可能生成SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiCl4等各种氯化硅烷合成温度宜低，温度过高易生成副产物其中三氯代硅烷产量大、质量高、成本低的优点，是当前制取多晶硅的主要方法精馏利用杂质和SiHCl3沸点不同，用精馏的方法分离提纯沸点SiCl4(57.6

4、oC)SiHCl3(33oC)SiH2Cl2(8.2oC)SiH3Cl(-30.4oC)SiH4(-112oC)HCl(-84.7oC)硅的单晶生长第三步：电子级多晶硅到单晶硅最后一步：研磨，切割，抛光10.3片状晶生长熔体生长技术，主要用于制备太阳能级用片状硅避免硅锭切割造成的损失，节约加工成本D-Web技术S-R技术EFG技术10.4晶片切割切片倒角腐蚀抛光清洗10.5半导体外延生长技术外延生长技术对于半导体器件具有重要意义在外延生长过程中，衬底起到籽晶的作用，外延层则保持了与衬底相同的晶体结构和晶向如果衬底材料和外延层是同一种材料，称为同质外延如果衬底材

5、料和外延层不是同一种材料，称为异质外延外延生长的优点1.外延生长中，外延层中的杂质浓度可以方便地通过控制反应气流中的杂质含量加以调节，而不依赖于衬底中的杂质种类与掺杂水平。单晶生长需要进行杂质掺杂。2.外延生长可以选择性的进行生长，不同材料的外延生长，不同成分的外延生长，这对于器件的制备尤为重要。3.一些半导体材料目前只能用外延生长来制备，如GaN外延生长的技术汽相外延（VaporPhaseEpitaxy）使化学气体中半导体成分结晶在衬底表面，从而生长出半导体层的过程称为汽相外延。液相外延（LiquidPhaseEpitaxy）采用从溶液中再结晶原理的外延生长

6、方法称液相外延;分子束外延（MolecularBeamEpitaxy）分子束外延是在超高真空条件下精确控制原材料的分子束强度，并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。汽相外延生长的优点1.汽相外延生长具有生长温度低和纯度高的优点2.汽相外延技术为器件的实际制造工艺提供了更大的灵活性3.汽相外延生长的外延层和衬底层间具有非常明显清晰的分界因此，汽相外延技术是制备器件中半导体薄膜的最重要的技术手段1）真空热蒸发沉积真空热蒸发沉积是物理气相沉积技术的一种。所谓的物理气相沉积是指利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原

7、子从源物质到薄膜的可控转移的过程。所谓的热蒸发，是指蒸发材料在真空室中被加热到足够温度时，物质从固相变成气相的过程。饱和蒸气压众所都知，任何物质总在不断地发生着固、气、液三态变化。设在一定环境温度T下，从固体物质表面蒸发出来的气体分子与该气体分子从空间回到该物质表面的过程能达到平衡，该物质的饱和蒸气压为Ps：饱和蒸气压和温度呈指数关系，随着温度的升高，饱和蒸气压迅速增加。ΔH为分子蒸发热K为积分常数R＝8.3l44焦耳/摩尔2）化学气相沉积化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材

8、料。从理论上来说，它是很简单的：两种或