集成電路制造工藝

--硅單晶的制備第七章襯底制備硅單晶的制備硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)硅圓片的制備本章要點(diǎn)第七章襯底制備硅單晶的制備硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)硅圓片的制備本章要點(diǎn)點(diǎn)沙成“金”信息大廈的金磚本節(jié)主要內(nèi)容：1.多晶硅的制備3.單晶硅的制備§7.1半導(dǎo)體硅單晶的制備直拉法懸浮區(qū)熔法2.從多晶硅制備單晶硅的原理1.單晶、多晶的概念

2.多晶硅的制備

SiHCl3還原法一.多晶硅的制備單晶：由分子、原子或離子按統(tǒng)一規(guī)則周期

性排列構(gòu)成的晶體稱為單晶。多晶：—由若干個(gè)取向不同的小單晶構(gòu)成的晶

體稱為多晶粗硅粉純度99.9%粉碎酸浸法提純

焦碳還原硅

石（

SiO2）工業(yè)粗硅純度95～99%SiHCl3精餾純SiHCl3提純氫還原純多晶硅純度5個(gè)9合成中間化合物區(qū)熔法多晶硅電子級(jí)純（9個(gè)9）用于半導(dǎo)體生產(chǎn)光伏級(jí)純（6-7個(gè)9）太陽(yáng)能電池生產(chǎn)用電子級(jí)純多晶硅純度可達(dá)9個(gè)“9”SiHCl3還原法的化學(xué)反應(yīng)式：三氯氫硅的沸點(diǎn)為31.5℃,與絕大多數(shù)雜質(zhì)的氯化物揮發(fā)溫度相差較大,所以可用精餾法提純。1.從多晶轉(zhuǎn)變成單晶的實(shí)質(zhì)：原子按統(tǒng)一規(guī)則進(jìn)行重新排列2.從多晶硅制備單晶的三個(gè)條件：（1）使原子具有一定的動(dòng)能（2）使原子排列有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（3）使重新排列后的原子穩(wěn)定下來加熱提供籽晶提供過冷溫度二.從多晶硅制單晶硅的原理3.單晶硅制備的方法(Float-Zone）

FZ法單晶硅制備直拉法懸浮區(qū)熔法(Czochralski，CZ法)，所占的比例更大，超過85%

又叫切克拉斯基法，簡(jiǎn)寫CZ

,是把具有一定晶向的單晶----籽晶插入到熔融的Si中，控制一定的過冷溫度，以一定的速度將籽晶緩慢提升并同時(shí)將籽晶軸旋轉(zhuǎn)，新的晶體就在籽晶下生長(zhǎng)出來了。

1.直拉法概念三.直拉法制備單晶硅美國(guó)凱克斯公司(Kayex)300mm直拉單晶爐提拉機(jī)構(gòu)爐體電氣控制系統(tǒng)氣氛控制系統(tǒng)2.設(shè)備------直拉單晶爐直拉法的設(shè)備主要包括四個(gè)部份：直拉單晶爐爐體機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)氣氛及氣壓控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)順時(shí)針單晶接收室籽晶夾具籽晶頸部晶錠坩堝和熔料熱屏蔽加熱器泵抽氣口泵抽氣口波紋管坩堝軸逆時(shí)針磁流體密封法蘭真空腔觀察窗氬氣流熱屏蔽石墨杯(1)爐體：石英坩堝石墨坩堝托石墨加熱器熱屏蔽包括爐腔及爐腔中的所有部件拉單晶硅用的石墨熱場(chǎng)(3)氣氛控制系統(tǒng)真空氣氛：雜質(zhì)揮發(fā)嚴(yán)重，容易出現(xiàn)跳硅常壓氬氣氛：對(duì)系統(tǒng)的密封性要求低，但氬氣的消耗大低壓氬氣氛：較常用的一種氣氛控制方法(2)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)提拉機(jī)構(gòu)坩堝升降和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括氣體源、流量控制、排氣）(4)電氣控制系統(tǒng)控制晶體生長(zhǎng)的基本工藝參數(shù)，如熔硅的溫度，升降的提拉的速度等，包括偵測(cè)感應(yīng)器和電腦控制器3.拉單晶工藝搭橋跳硅：熔硅在坩堝內(nèi)沸騰似地跳躍搭橋：上部熔硅和下部熔硅的脫離容易出現(xiàn)兩種現(xiàn)象：跳硅、搭橋使多晶硅熔化以便重新結(jié)晶注意三個(gè)方面：坩堝的位置、熔硅的溫度和熔硅的量（1）熔硅：給熔硅一個(gè)晶核（籽晶），提供標(biāo)準(zhǔn)，使其在過冷溫度下能夠按標(biāo)準(zhǔn)結(jié)晶（2）引晶（下種）：注意：籽晶與熔硅的接觸情況，如果籽晶迅速熔斷，說明熔硅溫度過高，如果熔硅沿著籽晶迅速攀沿，說明溫度過低籽晶（3）收頸：位錯(cuò)線頸部抑制位錯(cuò)從籽晶向頸部以下的單晶延伸通過略升溫和加快提拉速度使直徑減小。得到所需要的單晶直徑通過略降溫和減慢提升速度使直徑增大，直到所需要的單晶直徑（4）放肩：避免出現(xiàn)鋒利的棱角產(chǎn)生較多的缺陷（5）轉(zhuǎn)肩：獲得單晶硅棒，單晶的部份特征顯示出來，過程中嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)和提拉速度，并進(jìn)行坩堝的自動(dòng)跟蹤。（6）等徑生長(zhǎng)：使坩堝中的熔硅全部拉完，保持坩堝的完整性。（7）收尾：

(a)下種（b）收頸(c)放肩

(d)轉(zhuǎn)肩(e)等徑生長(zhǎng)(f)收尾

CZ法拉制單晶硅錠及硅片CZ法拉制300mm和400mm的單晶硅錠（TOKYO）優(yōu)點(diǎn)能夠拉大直徑的單晶，目前6英寸以上的硅片基本都是用直拉法拉制而成。缺點(diǎn)單晶中氧、碳等雜質(zhì)含量高，主要來自于石英坩堝和石墨坩堝托。4.直拉法特點(diǎn)應(yīng)用生產(chǎn)16兆位的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，直徑6英寸的硅片可出芯片100個(gè)，而直徑8英寸的硅片可出芯片200個(gè)。簡(jiǎn)寫FZ法，是利用高頻感應(yīng)線圈對(duì)多晶錠逐段融化,在多晶錠下端裝置籽晶，熔區(qū)從籽晶和多晶錠界面開始，當(dāng)熔區(qū)推進(jìn)時(shí)，單晶錠也拉制成功了。1.懸浮區(qū)熔法概念四.懸浮區(qū)熔法制備單晶硅銷釘承重小球籽晶瓶頸單晶熔化部份多晶料柱射頻線圈2.設(shè)備原理圖天津環(huán)歐半導(dǎo)體德國(guó)普發(fā)拓普公司優(yōu)點(diǎn)由于不用坩堝和石墨加熱器，所以氧、碳雜質(zhì)含量少缺點(diǎn)由于多晶硅棒是靠熔硅的表面張力支撐，所以不能拉大直徑的單晶應(yīng)用區(qū)熔硅單晶純度高，晶格結(jié)構(gòu)相對(duì)更完美，是大功率器件、探測(cè)器器件的主要材料3.懸浮區(qū)熔法制單晶的特點(diǎn)從3英寸到12英寸硅片的直徑大小比較謝謝！集成電路制造工藝

--硅單晶的制備單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子教研室第七章襯底制備硅單晶的制備硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)硅圓片的制備本章要點(diǎn)第七章襯底制備硅單晶的制備硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)硅圓片的制備本章要點(diǎn)§7.2硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)單晶錠拉完以后，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)：物理性能是否單晶晶向直徑電氣參數(shù)導(dǎo)電類型電阻率少子壽命載流子遷移率缺陷位錯(cuò)微缺陷（1）對(duì)光的反射單晶對(duì)光線反射均勻，表面光滑，色澤一致多晶是由多個(gè)小單晶構(gòu)成，兩個(gè)單晶體相交地方，有反射光線，色澤不一致（2）棱線單晶結(jié)構(gòu)對(duì)稱，有規(guī)則的棱線多晶的棱線不規(guī)則，不明顯一.物理性能的檢驗(yàn)1.單晶體的檢驗(yàn)：2.晶向的測(cè)定：三根或六根：（111）晶向四根或八根：

(100）晶向六根不對(duì)稱：（110）晶向（2）位錯(cuò)腐蝕法：（1）根據(jù)棱線的數(shù)目判定晶向：原理：位錯(cuò)處原子排列不規(guī)則，所以位錯(cuò)處原子首先被腐蝕，不同的晶向，腐蝕坑的形狀不同，所以可以根據(jù)腐蝕坑的形狀判定晶向。腐蝕液：鉻酸腐蝕液HF（48%）：鉻酸溶液（5克分子濃度）=1：1結(jié)論：（111）晶向（100）晶向（110）晶向位錯(cuò)腐蝕法還可以測(cè)試硅單晶中的缺陷（1）熱探針法原理：利用半導(dǎo)體溫差電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)I：電阻絲使AB探針產(chǎn)生熱量，在探針A端半導(dǎo)體由于受熱產(chǎn)生非平衡載流子II：金半接觸產(chǎn)生整流結(jié)，產(chǎn)生的非平衡少子被掃入探針中III：從A點(diǎn)到D點(diǎn)存在一個(gè)多子的濃度梯度，于是多子就由熱端向冷端運(yùn)動(dòng)，形成電位差I(lǐng)V：由光點(diǎn)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)方向即可判定導(dǎo)電類型（2）霍爾法：原理：利用半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)（一般了解）+-ADBCG1.導(dǎo)電類型的測(cè)量二.電氣參數(shù)的檢驗(yàn)2.電阻率的測(cè)量----四探針法測(cè)量原理：樣品為半無限大樣品，在1，4探針中通電流，2，3探針測(cè)出半導(dǎo)體的電壓，根據(jù)電阻率ρ～f(V2,3,I1,4)的公式可算出電阻率Ρ=2πsV2,3/I1,4G電位差計(jì)1234GS少子壽命----少數(shù)載流子從非平衡狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)的時(shí)間就是少子存在的時(shí)間，稱為少子壽命。測(cè)量----光電導(dǎo)衰減法（一般了解）3.少子壽命的測(cè)量謝謝！集成電路制造工藝

--硅圓片的制備單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子教研室第七章襯底制備硅單晶的制備硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)硅圓片的制備本章要點(diǎn)第七章襯底制備硅單晶的制備硅單晶的質(zhì)量檢驗(yàn)硅圓片的制備本章要點(diǎn)§7.3硅襯底的制備硅襯底制備的工藝流程：整形處理基準(zhǔn)面研磨定向切片磨片倒角拋光刻蝕清洗檢查包裝通過在硅片上磨出主平面和次平面，可以在機(jī)械加工中作為硅片定位的參考面，同時(shí)可以快速的識(shí)別硅片的晶向和導(dǎo)電類型一.基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)槽研磨注意：對(duì)于直徑等于或大于200mm的晶體不再磨出基準(zhǔn)面，而是沿著晶錠長(zhǎng)度方向磨出一個(gè)小溝。定位面標(biāo)準(zhǔn)硅片定位槽P(111)N(111)P(100)N(100)激光定向儀原理圖作用：通過定向使切片能沿硅晶體的解理面裂開，提高成品率，同時(shí)可以根據(jù)器件的要求先擇偏離某一晶向一定的角度方法：激光定向法二.定向目前主要采用的切片方法：內(nèi)圓切割法內(nèi)圓切割機(jī)三.切片目前主要采用行星