《衬底制备》PPT课件

第一章衬底制备,主讲：毛维mwxidian西安电子科技大学微电子学院,第一章衬底制备,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GaAs、SiGe、SiC、GaN、ZnO、HgCdTe3.绝缘体蓝宝石,表1周期表中用作半导体的元素,族族族族族第2周期BCN第3周期AlSiPS第4周期ZnGaGeAsSe第5周期CdInSnSbTe第6周期HgPb,元素半导体,Si：占地壳重量20%-25%；单晶直径最大，目前16英吋（400mm）,每3年增加1英寸；SiO2作用: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；多晶硅（Poly-Si）：栅电极、杂质扩散源、互连线（比铝布线灵活）；,元素半导体,Ge：漏电流大：禁带宽度窄，仅0.66eV(Si:1.12eV)；工作温度低：75（Si:150）；GeO2:易水解（SiO2稳定）；本征电阻率低：47cm（Si:2.3105cm）；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,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：10-3108cm，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；4.晶格完整性：无位错、低位错（20mm；拉速：3.5mm/min放肩温度：降15-40；拉速：0.4mm/min；,2.拉晶过程,收肩当肩部直径比所需直径小3-5mm时，提高拉速：拉速：2.5mm/min；等径生长拉速：1.3-1.5mm/min；熔硅液面在温度场保持相对固定；收尾熔硅料为1.5kg时，停止坩埚跟踪。,1.2.2悬浮区熔法（float-zoneFZ法）,1.2单晶的制备,1.2单晶的制备,1.2.2悬浮区熔法特点：可重复生长、提纯单晶；无需坩埚、石墨托，污染少，纯度较CZ法高；FZ单晶：高纯、高阻、低氧、低碳；缺点：单晶直径不及CZ法。,1.2单晶的制备,1.2.3水平区熔法（布里吉曼法）-GaAs单晶,1.3衬底制备,衬底制备包括：整形、晶体定向、晶面标识、晶面加工。,1.3.1晶体定向,晶体具有各向异性器件一般制作在不同米勒指数面的晶片上，如双极器件：111面；MOS器件：100面。晶体定向的方法1.光图像定向法（参考李乃平）腐蚀：要定向的晶面经研磨、腐蚀，晶面上出现许多由低指数小平面围成、与晶面具有一定对应关系的小腐蚀坑；光照：利用这些小腐蚀坑的宏观对称性，正入射平行光反映出不同的图像，从而确定晶面。,1.3.1晶体定向,2.X射线衍射法方法：劳埃法；转动晶体法；原理：入射角应满足：n=2dsin；晶面米勒指数h、k、l应满足：h2+k2+l2=4n-1（n为奇数）；h2+k2+l2=4n（n为偶数）。,1.3.2晶面标识,原理：各向异性使晶片沿解理面易裂开；硅单晶的解理面：111；1.主参考面（主定位面，主标志面）起识别划片方向作用；作为硅片（晶锭）机械加工定位的参考面；作为硅片装架的接触位置，可减少硅片损耗；2.次参考面（次定位面，次标志面）识别晶向和导电类型,1.3.2晶面标识,1.3.2晶面标识,1.3.3晶片加工,切片、磨片、抛光1.切片将已整形、定向的单晶用切割的方法加工成符合一定要求的单晶薄片。切片基本决定了晶片的晶向、平行度、弯曲度，切片损耗占1/3。,1.3.3晶片加工,1.3.3晶片加工,2.磨片目的：使各片厚度一致；使各硅片各处厚度均匀；改善平整度。磨料：要求：其硬度大于硅片硬度。种类：Al2O3、SiC、ZrO、SiO2、MgO等,1.3.3晶片加工,3.抛光目的：进一步消除表面缺陷，获得高度平整、光洁及无损层的“理想”表面。方法：机械抛光、化学抛光、化学机械抛光（CMP,chemical-mechanicalpolishing）机械抛光:与磨片工艺原理相同，磨料更细（0.1-0.5m），MgO、SiO2、ZrO；优点：表面平整；缺点：损伤层深、速度慢。,1.3.3晶片加工,化学抛光（化学腐蚀）a.酸性腐蚀典型配方：HF:HNO3:CH3COOH=1:3:2(体积比)3Si+4HNO3+18HF=3H3SiF6+4NO+8H2O注意腐蚀温度：t=30-50,表面平滑；t75mm）;2）不需搅拌；3）表面无损伤。缺点：平整度差,1.3.3晶片加工,化学机械抛光（CMP)特点：兼有机械与化学抛光两者的优点。典型抛光液：SiO2+NaOH(SiO2化学机