Ch硅單晶與硅片加工PPT課件

1、Chapter 3Single-Crystal Growth &Wafer Preparation硅單晶的生長與硅片加工硅單晶的生長與硅片加工第1頁/共50頁 3.1Phase DiagramPhase-change, Solid Solubility & Segregation相圖相變、固溶度與分凝3.1.1Phase Diagram 第2頁/共50頁 基本性質 Lever rule（） 相律（） 三相點 無限互溶（）第3頁/共50頁3.1.2Impurity Solid Solubility 最大固溶度Frozen-inPrecipitationQuenching 第4頁/

2、共50頁3.1.3Phenomenon of Segregation Equilibrium Segregation Coefficientk=CS/CL , (& k=CS1/CS2，or * )第5頁/共50頁 3.2高純多晶硅的制備地球上最多的元素是Si，化合物是石英砂（SiO2），與焦碳混合，在電爐中還原（16001800C）可以獲得9599%的工業(yè)粗硅（冶金級硅）。MGS（Metallurgical Grade Silicon）SiO2+2C=Si+2CO第6頁/共50頁1、硅粉的酸洗HCl、王水、（HF+H2SO4）、蒸餾水第7頁/共50頁2、中間化合物的精餾提純與高純多晶

3、硅的還原1）三氯氫硅法（SiHCl3，trichlorosilanesTCS）合成合成Si+3HClSiHCl3+H2通過控制溫度、氣壓等，抑制SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiH4的產(chǎn)生第8頁/共50頁第9頁/共50頁 3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口精餾第10頁/共50頁還原（氫還原）還原（氫還原）SiHCl3+H211001200CSi+3SiCl4+2H2還原過程中的各種不完全 反應尾氣化合物將影響純度第11頁/共50頁2）硅烷法（SiH4） a）合成法：SiCl4+4LiHSiH4+4LiCl b）硅化鎂分解法：2Mg+Si Mg2SiMg2Si+4NH4Cl 液N

4、H3SiH4 +2MgCl+4NH3第12頁/共50頁第13頁/共50頁硅烷熱分解SiH4900CSi+2H2三氯氫硅法較經(jīng)濟效率高；硅烷法成本高，純度高第14頁/共50頁第15頁/共50頁第16頁/共50頁 單晶硅的生長 （直拉法單晶生長，Cz-Si）1、原理：在適當?shù)臏囟忍荻取鈮合?，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋轉牽引下可控地生長。第17頁/共50頁第18頁/共50頁2、Cz-Si生長工藝：工藝控制：縮頸(Necking)；零位錯生長溫度場的分布；（缺陷、雜質、二次熱缺陷）旋轉速率；（溫度場的均勻、雜質均勻）提升速率；（直徑、缺陷、應力）彎月面的控制；（生長測控的特征面）氣場的

5、控制；（缺陷、雜質）第19頁/共50頁第20頁/共50頁第21頁/共50頁第22頁/共50頁3、雜質分布的控制：1)雜質的摻入, (高摻雜Si) ：0.001100 cm2)Segregation：生長附面層與有效分凝系數(shù)附面層：熔融體附面，雜質附面第23頁/共50頁impurityk0Al0.002As0.3B0.8C0.007Cu4x10-4Fe8x10-6O1.25P0.35Sb0.023第24頁/共50頁第25頁/共50頁3)O、C的控制來源：？檢測：FTIR改善：MCz 同時也改善橫向均勻性通常：O：1018 cm-3 C：1017 cm-3用途: a)絕大多數(shù)分離器件b)集成電路襯

6、底第26頁/共50頁3.3.2 Float-zone (懸浮區(qū)熔法Fz-Si）1、目的：獲得低O、C含量的Si2、方法第27頁/共50頁3、特點 Fz的縱向均勻性比Cz好些; 可以多次區(qū)熔提純,獲得探測器級單晶硅; 難以制備大直徑單晶 摻雜濃度難以控制第28頁/共50頁4、NTD Si（Neutron Transmutation Doping，中子嬗變摻雜）1）摻雜：第29頁/共50頁 其它化合物半導體材料的晶體生長3.4.1.GaAs的LEC （液封直拉法）（Liquid Encapsulated Czochralski Growth）原因：在高溫下，Ga、As的蒸氣壓有很大的不同（Ga：；

7、As：10atm）即：在晶體外保持10atm的As氣壓才能不使GaAs晶體中的As分離逸出。事實上，在500C熱處理時， GaAs晶體近表面（ m）的As已經(jīng)會有嚴重的逸出。第30頁/共50頁第31頁/共50頁B2O3籽晶優(yōu)點：生長快、成本低；缺點：位錯密度高（熱應力大）也適合于InP、GaP等材料的生長第32頁/共50頁第33頁/共50頁3.4.2 Bridgman GrowthHB法(Horizontal Bridgman)第34頁/共50頁優(yōu)點：裝置“簡單”；容易控制；缺陷密度較??；缺點：形成“D”型晶體，使用率低；不易得到高阻材料；與石英舟的接觸面大；第35頁/共50頁VGF6in10

8、McmDislocation： 25103cm-3第36頁/共50頁 晶片的加工3.6.1.器件對材料的要求第37頁/共50頁3.6.2. Wafer Processing （Slicing，Etching，and Polishing）第38頁/共50頁1、去頭、去尾、測試和分段(外觀、縱向均勻性）2、滾磨（ROUNDING）第39頁/共50頁3、定向、磨參考面（Orientation）4、 Slicing（切片）內圓切割Inner Diameter（ID Saw）晶棒（ingot）粘著偏向（off-orientation）切片厚度？ m損傷層厚度 m第40頁/共50頁線切割（Wire Saw）第41頁/共50頁5、倒角（Edge-rounded）第42頁/共50頁6、Etching & Polishing（腐蝕與拋光）第43頁/共50頁CMP（化學機械拋光）第44頁/共50頁雙面拋光（DSP）第45頁/共50頁7、IdentificationMarking，Cleaning，Gettering，and Shiping第46頁/共50頁第47頁/共50頁第48頁/共50頁 晶片的雜質吸除（吸雜）