02微电子工艺基础半导体材料和晶圆制备

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1、第2章半导体材料和晶圆制备本章本章（（4学时学时））目标：目标：1、掺杂半导体的两种特性2、三种主要的半导体材料及其优缺点3、N型和P型半导体材料在组成＆电性能方面的不同4、多晶和单晶的不同5、两种重要的晶圆晶向示意图6、常见晶体生长的方法7、晶圆制备的工艺流程微电子工艺基础1第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料二、晶圆制备微电子工艺基础2第2章半导体材料和晶圆制备³一、半导体材料半导体是人们将物质按电学性质进行分类时所赋予的一个名称。我们通常把导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常见的半导体有硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅

2、等等。微电子工艺基础第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料1、*本征半导体2、**掺杂半导体3、***半导体材料2013微电子工艺基础年3月4第2章半导体材料和晶圆制备一一、、半导体半导体材料1、本征半导体定义：处于纯净的状态而不是掺杂了其他物质的半导体。有两类本征半导体：n半导体元素硅和锗n化合物材料砷化镓和磷化镓微电子工艺基础5第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料1、*本征半导体2、**掺杂半导体（1）掺杂半导体的来源（2）掺杂半导体和金属导电的区别（3）载流子的迁移率3、***半导体材料微电子工艺基础6第2章半导体材料和晶圆制备一一、

3、、半导体半导体材料2、掺杂半导体（1）掺杂半导体的来源半导体材料在其本征状态是不能用于固态元件的。解决办法：掺杂工艺，把特定的元素引入到本征半导体材料中效果：提高本征半导体的导电性微电子工艺基础7第2章半导体材料和晶圆制备一一、、半导体半导体材料2、掺杂半导体（2）掺杂半导体和金属导电的区别金属：Ø电阻率固定，改变电阻只有改变其形状。Ø只能通过电子的移动来导电，金属永远是N型的。掺杂半导体的特性：A：通过掺杂浓度精确控制电阻率B：通过掺杂元素的选择控制导电类型（电子N型或空穴P型导电）微电子工艺基础8第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料2、掺

4、杂半导体（2）掺杂半导体和金属导电的区别acceptordonor微电子工艺基础9微电子工艺基础第2章半导体材料和晶圆制备一一、、半导体半导体材料2、掺杂半导体（3）载流子的迁移率从图中可以看出：Ø随着掺杂浓度的提高，电阻率降低。Ø移动一个电子或空穴所需的能量不同。由此推出：电子的迁移率比空穴的迁移率要高一些。微电子工艺基础11第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料1、*本征半导体2、**掺杂半导体3、***半导体材料（1）硅和锗（两种重要的半导体）（2）砷化镓（3）硅作为电子材料的优势微电子工艺基础12第2章半导体材料和晶圆制备一一、、半导体

5、半导体材料3、半导体材料（1）硅和锗（两种重要的半导体）虽然第一个晶体管使用Ge材料，但是Ge材料在工艺和性能上有一定的问题：A：熔点相对比较B：缺少自然形成低，937℃的熔点限的氧化物，易漏电制了某些高温工艺Si材料很好的解决了上述问题：A：熔点1415℃，B：二氧化硅薄膜很好的解允许更高温工艺决了漏电问题2013微电子工艺基础年3月13第2章半导体材料和晶圆制备一一、、半导体半导体材料3、半导体材料（2）硅和锗（两种重要的半导体）硅是微电子工业中应用最广泛的半导体材料，占整个电子材料的95%左右，人们对它的研究最为深入，工艺也最成熟，在集成电

6、路中基本上都是使用硅材料。微电子工艺基础14第2章半导体材料和晶圆制备一一、、半导体半导体材料3、半导体材料（3）硅作为电子材料的优势A:原料充分，石英沙是硅在自然界存在的主要形式；B:机械强度高；C:比重小，密度只有2.33g/cm3；D:pn结表面易于生长ＳiＯ2，对结起到保护作用；E:制备的单晶缺陷小；F:能够制造大尺寸基片，硅片直径已达16英寸；G:导热性好微电子工艺基础15第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料3、半导体材料（2）砷化镓常见到的半导体化合物有砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）以及磷砷化镓（GaAsP），其中GaAs最

7、常用的化合物半导体材料。A：GaAs的载流子C：GaAs是半绝缘迁移率高，适合于B：对辐射所造成的的。使临近器件的做超过吉赫兹的高漏电具有抵抗性，漏电最小化，允许速IC。例如：飞机即GaAs是天然辐射更高的封装密度。硬化的。控制和超高速计算机。微电子工艺基础16第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料3、半导体材料（2）砷化镓砷化镓不会取代硅成为主流的半导体材料。原因：A：大多数产品不B：砷化镓同Ge一样C：GaAs含有对人必太快。没有天然的氧化物，类有害的砷元素，必须淀积多层绝缘处理增加成本。层à工艺时间加长。D：砷化镓的生产工艺比硅落后微电子

8、工艺基础17第2章半导体材料和晶圆制备一、半导体材料二、晶圆制备微电子工艺基础18第2章半导体材料和晶圆制备二、晶圆制备1、*结晶学和晶