Ch硅單晶與硅片加工實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1Ch硅單晶與硅片加工實(shí)用基本性質(zhì)Leverrule（F2.1）相律（F2.2）三相點(diǎn)無(wú)限互溶（F2.3）第1頁(yè)/共49頁(yè)3.1.2 ImpuritySolidSolubility

最大固溶度

Frozen-in

Precipitation

Quenching

第2頁(yè)/共49頁(yè)3.1.3 PhenomenonofSegregation

EquilibriumSegregationCoefficient k=CS/CL,(&k=CS1/CS2，or***

)第3頁(yè)/共49頁(yè)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（1600~1800°C）可以獲得95~99%的工業(yè)粗硅（冶金級(jí)硅）。MGS（MetallurgicalGradeSilicon）

SiO2+2C=Si+2CO↑第4頁(yè)/共49頁(yè)1、硅粉的酸洗

HCl、王水、（HF+H2SO4）、蒸餾水第5頁(yè)/共49頁(yè)

2、中間化合物的精餾提純與高純多晶硅的還原

1）三氯氫硅法 （SiHCl3，trichlorosilanes—TCS）

合成

Si+3HCl←→SiHCl3+H2

通過(guò)控制溫度、氣壓等，抑制SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiH4的產(chǎn)生第6頁(yè)/共49頁(yè)第7頁(yè)/共49頁(yè) 3、冷凝器， 4、回流管， 5、出料口精餾第8頁(yè)/共49頁(yè)

還原（氫還原）

SiHCl3+H2—1100~1200C→Si+3SiCl4+2H2

還原過(guò)程中的各種不完全反應(yīng)尾氣化合物將影響純度第9頁(yè)/共49頁(yè) 2）硅烷法（SiH4）

a）合成法：

SiCl4+4LiH→SiH4↑+4LiCl b）硅化鎂分解法：

2Mg+Si→Mg2Si Mg2Si+4NH4Cl —液NH3→SiH4↑

+2MgCl+4NH3

第10頁(yè)/共49頁(yè)第11頁(yè)/共49頁(yè)

硅烷熱分解

SiH4—900C→Si+2H2三氯氫硅法較經(jīng)濟(jì) 效率高；９Ｎ硅烷法成本高，純度高

第12頁(yè)/共49頁(yè)第13頁(yè)/共49頁(yè)第14頁(yè)/共49頁(yè)3.3單晶硅的生長(zhǎng)3.3.1（直拉法單晶生長(zhǎng)，Cz-Si）

1、原理：在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻?、氣壓下，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋轉(zhuǎn)牽引下可控地生長(zhǎng)。

第15頁(yè)/共49頁(yè)第16頁(yè)/共49頁(yè)

2、Cz-Si生長(zhǎng)工藝：

工藝控制： 縮頸(Necking)；零位錯(cuò)生長(zhǎng) 溫度場(chǎng)的分布；（缺陷、雜質(zhì)、二次熱缺陷） 旋轉(zhuǎn)速率；（溫度場(chǎng)的均勻、雜質(zhì)均勻） 提升速率；（直徑、缺陷、應(yīng)力） 彎月面的控制；（生長(zhǎng)測(cè)控的特征面） 氣場(chǎng)的控制；（缺陷、雜質(zhì)）

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3、雜質(zhì)分布的控制：

1) 雜質(zhì)的摻入,(高摻雜Si)

：0.001~100cm

2) Segregation： 生長(zhǎng)附面層與有效分凝系數(shù)

附面層：熔融體附面，雜質(zhì)附面第21頁(yè)/共49頁(yè)

impurityk0Al0.002As0.3B0.8C0.007Cu4x10-4Fe8x10-6O1.25P0.35Sb0.023第22頁(yè)/共49頁(yè)

第23頁(yè)/共49頁(yè)

3) O、C的控制來(lái)源：？

檢測(cè)：FTIR改善：MCz

同時(shí)也改善橫向均勻性通常：O：~1018cm-3 C：<1017cm-3用途: a)絕大多數(shù)分離器件

b)集成電路襯底

第24頁(yè)/共49頁(yè)3.3.2Float-zone(懸浮區(qū)熔法—Fz-Si）

1、目的：獲得低O、C含量的Si 2、方法F2.21第25頁(yè)/共49頁(yè)

3、特點(diǎn)Fz的縱向均勻性比Cz好些;可以多次區(qū)熔提純,獲得探測(cè)器級(jí)單晶硅;難以制備大直徑單晶摻雜濃度難以控制第26頁(yè)/共49頁(yè)

4、NTDSi

（NeutronTransmutationDoping，中子嬗變摻雜）

1）摻雜：第27頁(yè)/共49頁(yè)3.4其它化合物半導(dǎo)體材料的晶體生長(zhǎng)

3.4.1. GaAs的LEC（液封直拉法） （LiquidEncapsulatedCzochralskiGrowth）原因：在高溫下，Ga、As的蒸氣壓有很大的不同（Ga：~0.001atm；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(shí)上，在~500°C熱處理時(shí)，GaAs晶體近表面（~m）的As已經(jīng)會(huì)有嚴(yán)重的逸出。第28頁(yè)/共49頁(yè)

第29頁(yè)/共49頁(yè)

B2O3籽晶優(yōu)點(diǎn)：生長(zhǎng)快、成本 低；缺點(diǎn)：位錯(cuò)密度高 （熱應(yīng)力大）也適合于InP、GaP等材料的生長(zhǎng)第30頁(yè)/共49頁(yè)第31頁(yè)/共49頁(yè)

3.4.2 BridgmanGrowth HB法(HorizontalBridgman)第32頁(yè)/共49頁(yè)

優(yōu)點(diǎn)：

裝置“簡(jiǎn)單”；容易控制；缺陷密度較小； 缺點(diǎn)：

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33頁(yè)/共49頁(yè)VGF6in~10McmDislocation：

2~5103cm-3第34頁(yè)/共49頁(yè)3.6晶片的加工3.6.1. 器件對(duì)材料的要求第35頁(yè)/共49頁(yè)

3.6.2.WaferProcessing

（Slicing，Etching，andPolishing）第36頁(yè)/共49頁(yè) 1、去頭、去尾、測(cè)試和分段

(外觀、縱向均勻性）

2、滾磨（ROUNDING）

第37頁(yè)/共49頁(yè) 3、定向、磨參考面（Orientation）

4、Slicing（切片） 內(nèi)圓切割I(lǐng)nnerDiameter（IDSaw）晶棒（ingot）粘著偏向（off-orientation）切片厚度？m損傷層厚度~m第38頁(yè)/共49頁(yè)線切割（WireSaw）第39頁(yè)/共49頁(yè) 5、倒角（Edge-rounded）第40頁(yè)/共49頁(yè) 6、Etching&Polishing（腐蝕與拋光）第41頁(yè)/共49頁(yè)CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）第42頁(yè)/共49頁(yè)

雙面拋光（DSP）第43頁(yè)/共49頁(yè) 7、Identification

Marking，Cleaning，Gettering，andShiping第44頁(yè)/共49頁(yè)第45頁(yè)/共49頁(yè)第46頁(yè)/共49頁(yè)3.7晶片