半导体器件工艺学之硅片制备

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1、第二章 半导体材料,2-1晶体结构 2-2晶向与晶面 2-3晶体缺陷 2-4单晶硅制备 2-5硅片加工,2-1晶体结构,一、非晶材料和晶体材料（原子级别上） 非晶材料（无定形）： 杂乱无章的结构 晶体材料： 有序，规则 从宏观上看：规则的几何外形，固定的熔 点，解理性，各向异性,二、晶体材料,晶胞： 晶体结构中最简单，最基本的单元 用晶胞来描述晶体结构 晶胞排列方式：多晶和单晶,非晶材料（无定形）,晶体材料：单晶 多晶,晶胞,晶向决定了硅片中晶体结构的物理排列 不同晶向的硅片的化学，电学，机械性质不同，影响工艺制造和器件性能 密勒指数,2-2 晶向和晶面,晶向指数,常用晶面的密勒指数,2-3晶

2、体缺陷,理想的晶体：完美的结构 实际的晶体：有缺陷 缺陷：点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷 硅中的晶体缺陷会产生于晶体生长和后面硅锭和硅片加工中,1.点缺陷,原子尺寸上的局部缺陷，会造成晶格畸变,2.线缺陷,线缺陷：在某方向延伸，其它两个方向延伸很小 常见的线缺陷：位错 位错有两种基本形式：刃型和螺型,刃形位错 螺形位错,3.面缺陷：层错 面缺陷是二维缺陷 原子层错排,4.体缺陷：包裹体 由于杂质硼、磷、砷等在硅晶体中溶解度有限，在杂质掺入数量超过固溶度时，杂质在晶体中沉积，形成体缺陷,2-4单晶硅制备,一、半导体级硅,加热含碳的硅石来制备冶金级硅 SiO2+C Si+CO2 沙子 MGS 纯度

3、98% 通过化学反应将冶金级硅提纯生成三氯硅烷 Si+3HCl SiHCl3+H2 通过三氯硅烷和氢气反应生产半导体级的硅 SiHCl3+H2 Si+3HCl SGS 纯度99.9999999% 多晶 工艺:西门子改良工艺,二、单晶硅锭的制备,半导体级硅 （多晶）单晶 生长后的单晶硅称为硅锭 方法：CZ法（直拉法） FZ法（区熔法） CZ法：85%以上的单晶硅是用CZ法生长的 FZ法：纯度高（氧含量低） 可生长的直径小 掺杂,CZ法（直拉法）,CZ法工艺过程,直拉法生长出的单晶硅锭,FZ法（区熔法）,2-5硅片加工,1.整形处理 2.切片 3.倒角 4.磨片 5.刻蚀 6.抛光 7.清洗质量检测 包装,1.整形处理,径向研磨,定位面（200mm及以下）,定位槽（300mm及以上）,2.切片,硅锭切割方式:外圆、内圆、线切割 200mm以下的硅片 用带有金刚石切割边缘的内圆切割机 300mm及以上硅片 线锯法更薄的切口损失 机械损伤较小 表面平整度还存在问题 如：300mm 厚 77525m,内圆切割机,DXQ-601型多线切割机,3.倒角,4.磨片,5.化学刻蚀,6.抛光,7.清洗、质量检测、包装,清洗 质量检测： 物理尺寸 平整度 微粗糙度 氧含量 晶体缺陷 颗粒 体电阻率 包装,