第一章+衬底制备89.ppt

集成电路制造技术 Manufacturing Technology of IC School of Microelectronics Xidian University 2012.8 晶体结构 无定形 不存在重复结构 多晶 有一些重复结构 单晶 一个完整的重复结构 无定形结构 多晶结构 单晶结构 第一章 硅的晶体结构 1.2 晶向、晶面和堆积模型 1.3 硅晶体中的缺陷 1.4硅中杂质 1.5 杂质在硅晶体中的溶解度 Si集成电路芯片元素组成 导体(引线)：Al、Wu( Cu ,Ti) 绝缘体(栅介质、多层互连介质)：SiO2、Si3N4 半导体(有源区)：Si 杂质(N型和P型)：P (As), B Al引线：多晶； SiO2：非晶(热氧化，CVD淀积) Si：单晶 地球岩石圈和土壤的主要化学组成(重量%) 补充：衬底制备 1.1 衬底材料 1.1.1 衬底材料的类型 1. 元素半导体 Si、Ge、C(金刚石) 2. 化合物半导体 III-V, II-VI, IV GaAs、SiGe 、SiC 、GaN、ZnO 、HgCdTe 3. 绝缘体 蓝宝石SOS、尖晶石  英文Spinel, 希腊文Spark, 红色或橘黄色的天然晶体; 拉丁字Spinella 荆棘。 尖晶石是一族矿物,宝石级尖晶石主要指镁铝尖晶石MgAl2O4,是一种镁铝氧化物。 尖晶石是镁铝氧化物组成矿物, 含有镁、铁、锌、锰等元素, 很多种如铝尖晶石、 铁尖晶石、锌尖晶石、锰尖晶石、铬尖晶石等。 含不同元素,不同尖晶石有不同的颜色,如镁尖晶石在红、蓝、绿、褐或无色之间； 锌尖晶石则为暗绿色；铁尖晶石为黑色等。 尖晶石呈坚硬玻璃状八面体或颗粒和块体。出现在火成岩,花岗伟晶岩和变质石灰岩中。 有些透明颜色漂亮尖晶石可作宝石，有些作含铁的磁性材料。人工可造200多种尖晶石。 表1 周期表中用作半导体的元素 Ⅱ族 Ⅲ族 Ⅳ族 Ⅴ族 Ⅵ族 第2周期 B C N 第3周期 Al Si P S 第4周期 Zn Ga Ge As Se 第5周期 Cd In Sn Sb Te 第6周期 Hg Pb 元素半导体 Si： ①储量丰富，便宜，占地壳重量25%， SiO2性质很稳定、良好介质，易于热氧化生长； 较大的禁带宽度(1.12eV)，较宽工作温度范围； ②单晶直径最大，目前16英吋(400mm)，每3年增加1英吋； ③SiO2:掩蔽膜、钝化膜、介质隔离、绝缘介质(多层布线)、绝缘栅、MOS电容的介质材料； ④多晶硅(Poly-Si)：栅电极、杂质扩散源、互连线 (比铝布线灵活)； 硅的基本参数 元素半导体 Ge： ①漏电流大：禁带宽度窄，仅0.66eV(Si:1.1eV)； ②工作温度低：75℃(Si:150℃)； ③GeO2:易水解(SiO2稳定)； ④本征电阻率低：47Ω·cm(Si: 2.3×105Ω·cm)； ⑤成本高。 优点：电子和空穴迁移率均高于Si 最新应用研究：应变Ge技术--Ge沟道MOSFET 从硅锭到硅片 砂→硅 多晶硅淀积 硅提纯 II 第一章 衬底制备 1.1.2 对衬底材料的要求 1．导电类型：N型与P型都易制备； 2．电阻率：10-3-108Ω.cm，且均匀性好(纵向、横向、 微区)、可靠性高(稳定、真实)； 3．寿命(少数载流子)： 晶体管—长寿命； 开关器件—短寿命(掺金)； 4．晶格完整性：无位错、低位错(<1000个/cm2)； 第一章 衬底制备 1.1.2 对衬底材料的要求 5．高纯度：电子级硅(EGS,electronic-grade-silicon)--1/109杂质； 微量杂质对半导体材料影响很大。 金属铜铁少子寿命↓，ρ变化，与缺陷相作用。非金属O热处理产生热施主， ρ变化，与重金属结合假寿命，器件β↓，噪声↑，击穿↓，漏电↑ 。 6．晶向：双极器件--<111>；MOS--<100>；GaAs--<100>； 7．直径： 8．平整度：表面平整光亮，无化学杂质沾污，无损伤 9．确定主、次定位面： 10.禁带宽度适中、迁移率高、晶格匹配、杂质补偿度低等。 第一章 衬底制备 1.1.3 起始材料--石英岩(高纯度硅砂--SiO2) ① SiO2+SiC+C→Si(s)+SiO(g)+CO(g), 高温还原出冶金级硅：98%； ② Si(s)+3HCl(g) →SiHCl3(g)+H2，三氯硅