西工大微电子制造工艺概论总结.docx

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1、第1章单晶硅特点1•硅材料的优点:①原料充分，占地壳25%,沙子是硅在自然界屮存在的主要形式；②硅晶体表而易于牛长稳定的氧化层，这对于保护硅表面器件或电路的结构、性质很重要；③密度只有2.33g/cm3,是错/种化稼的43.8%,用于航空、航天;④热学特性好,线热膨胀系数小，2.5*10-6/°C,热导率高,1.50W/cm-°C,芯片散热；⑤单晶圆片的缺陷少，直径大，工艺性能好，H前16英寸；⑥机械性能良好，MEMS。2•硅中的点缺陷、线缺陷:Nve~Ev/kTNte用滑移矢量表征滑移量大小和方向。缺陷附近共价键被压缩=1A亠■1、拉长2、悬挂3,存在应力（

2、1）点缺陷本征缺陷（晶体中原子由于热运动）空位A：晶格硅原子位置上出现空缺；自填隙原子B:硅原子不在晶格位置上，而处在晶格位置之间。杂质（非本征缺陷：硅以外的其它原子进入硅晶体）替位杂质C填隙杂质D①肖特基缺陷：空位缺陷；②弗伦克尔（Frenkel）缺陷：原子热运动脱离晶格位置进入晶格乞间，形成的空穴和自填隙的组合；③填隙杂质：在微电子工艺屮是应尽量避免的，这些杂质破坏了晶格的完整性，引起点阵的畸变，但对半导体晶体的电学性质影响不大；④替位杂质：通常是在微电子工艺屮有意掺入的杂质。例如，硅晶体屮掺入III、V族替位杂质，H的是调节硅晶体的电导率；掺入贵金属Au

3、等，H的是在硅晶体屮添加载流子复合屮心，缩短载流子寿命。（2）线缺陷线缺陷最常见的就是位错。位错附近，原子排列偏离了严格的周期性，相对位置发牛了错乱。位错可看成由滑移形成，滑移后两部分晶体重新吻合。在交界处形成位错。位错主要有刃位错和螺位错刃（形）位错：晶体屮插入了一列原子或一个原子面，位错线AB与滑移矢量垂直；螺（旋）位错：一族平行晶面变成单个晶面所组成的螺旋阶梯，位错线AD与滑移矢量平行。刃形位错的两种运动方式：滑移和攀移。硅晶体的双层密排面间原子价键密度最小，结合最弱，滑移常沿｛111｝面发牛,位错线也就常在｛111｝晶面之间。该面称为滑移面。半导体材料

4、多以掺杂混合物状态出现,杂质分为有意掺入的和无意掺入的。有意掺入Si屮的杂质有III、VA族硼、磷、神、锐。故意杂质一-般能替代硅原子，占据晶格位置，在适当的温度下电离牛成自由电子或空穴，能改变硅晶体的电学特性，具有电活性。无意掺入Si屮的杂质有氧，碳等。①间隙式杂质：主要是I和V111族元素，有：血、K、Li、H等，它们通常无电活性，在硅屮以间隙方式扩散，扩散速率快。②替位式杂质：主要是III和V族元素，具有电活性，在硅屮有较高的固溶度。以替位方式扩散为主，也存在］'可隙-替位式扩散，扩散速率慢，称为慢扩散杂质。③间隙一替位式杂质:大多数过渡元素：Au、Fe

5、、Cu、Pt、Ni、Ag等。都以间隙-替位方式扩散，约比替位扩散快五六个数量级，最终位于间隙和替位这两种位置，位于间隙的杂质无屯活性，位于替位的杂质具有屯活性。共价键内的电子称为束缚电子。挣脱原子核束缚的电子称为自由电子。T二0K且无外界激发，只有束缚电子，没有自由电子，木征半导体相当于绝缘体。T=300K,本征激发，少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺入三价元素，如B,形成P型半导体，也称空穴型半导体。因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。空穴是多子（杂质、热激发）

6、，自由电子是少子（热激发）。掺入五价元素，如P,形成N型半导体，也称电子型半导体。由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子。自由电子是多子（杂质、热激发），空穴是少子（热激发）。IILV族电活性杂质主要有：硼、磷、帥，锐等浅能级杂质金等杂质在室温时难以电离，多数尢电活性，是复合屮心，具有降低硅屮载流子寿命的作用，是深能级杂质不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象叫杂质补偿。一种元索B（溶质）引入到另一种元索A（溶剂）晶体中吋，在达到一定浓度之前,不会有新相产牛，仍保持原A晶体结构，这样的晶体称为固溶体。…定温度

7、，朵质在晶体屮具有最大平衡浓度，这…平衡浓度就称为该杂质B在晶体A屮的固溶度。第2章硅片的制备1•多晶硅的制备过稈箱英沙一>迨金级硅）制备多晶硅，石英砂（硅石）通过冶炼得到冶金级硅（MGS）,再经过一系列的提纯工艺得到电子级硅（EGS）,然后由电子级多晶硅熔体拉制岀单晶硅锭，再切片加工出硅片。①多晶硅的制备一冶炼*冶炼是采用木炭或其它含碳物质如煤、焦油等来还原石英砂，得到硅。硅的含量在98-99%之间，称为冶金级硅（MGS）,也称为粗硅或硅铁。主要杂质：Fe、Al、C、B、P、Cu要进一步提纯。②多晶硅的制——纯*酸洗：硅不溶于酸，粗硅初步提纯是用盐酸、王水、

8、氢氟酸等混合强酸浸泡,去除粗硅屮的铁、