半导体材料制备技术一PPT学习教案

1、会计学1半导体材料制备技术一半导体材料制备技术一从一端开始沿固定方向一点一点地逐渐凝固 按籽晶的晶体取向排列 布里奇曼法（Bridgman）1、原理Ge，GaAs 第1页/共28页3、适用范围：硒化镉、碲化镉和硫化锌等II-VI族化合物-立式布里奇曼砷化镓和磷化镓等在凝固时体积要膨胀的III-V族化合物材料-水平布里奇曼法生长 第2页/共28页3、适用范围：硅单晶和锗单晶，砷化镓等化合物单晶高压液封直拉法。选用B2O3作为液封剂石墨或BN坩锅。第3页/共28页第4页/共28页3、适用范围：硅单晶的制备，也同样适合于砷化镓等其他半导体 第5页/共28页第6页/共28页1、原理基本过程是：结晶物受

2、热在熔点以下不经过液态而直接由固态转化为气态，并在一定条件下同样不经过液态而直接结晶。 适合于用来生长高温下饱和蒸气压较高的晶体，例如CdS和其他II-VI族化合物。 第7页/共28页第8页/共28页II-VI族化合物晶体的生长方法:升华法、布里奇曼法和高压液封直拉法碳化硅升华法基本上就是其大尺寸晶体生长的唯一有效方法2、PVT法生长晶体的生长速率对II-VI族化合物一般为1mm/h，对碳化硅则一般只有左右第9页/共28页3.2 多晶硅制备第10页/共28页1、 工业硅制备工业硅，一般是指9599纯度的硅，又称粗硅，或称结晶硅。原料：石英砂、焦炭 含杂质主要有Fe、Al，C，BPCu 硅铁 工

3、业硅的纯化 酸浸法 化学提纯 酸浸法所用酸有：盐酸、硫酸、王水、氢氟酸及其不同组合的混合酸。016001800232CSiOCSiCCO2232SiCSiOSiCO第11页/共28页工业上主要采用工业硅与氯气合成方法 温度过低，易生成大量的氯硅烷(如SiCl6) 降低了四氯化硅的产率。温度高对于四氯化硅产物质量不利。因为，粗硅中的杂质，在高温下也被氯化而生成氯化物，它们的挥发温度比四氯化硅高。低温氯化法。即将氯气用紫外线照射并与硅合金反应制备四氯化硅。低温(7580)0450500242()CSiClSiClQ放热第12页/共28页粗硅经氯化氢处理即可得到三氯氢硅 副反应 抑制副反应催化剂:用

4、Cu5的硅合金;并用惰性气体或氢气稀释氯化氢，以及控制适宜的温度。西门子法：产量大、质量高、成本低。故应用广02803003350.0/CSiHClSiHClkcl mol 244257.4/SiHClSiClHkcl mol 222()SiHClSiH Cl 微量第13页/共28页氯化硅中还含有游离氯。提纯的目的就是要除去粗三氯氢硅和粗四氯化硅的杂质 精馏是蒸馏时所产生的蒸汽与蒸汽冷凝时得到的液体相互作用，使气相中高沸点组分和液相中低沸点组分以相反方向进行多次冷凝和汽化，来达到较完全分离混合物的过程。热水塔釜塔板冷凝器第14页/共28页 精馏精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区，温度

5、最高；塔顶温度最低。精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式塔板状精馏塔的示意图。 实际生产中，在精馏柱及精馏塔中精馏时，部分气化和部分冷凝是同时进行的。第15页/共28页第16页/共28页第17页/共28页第18页/共28页SiCl4用H2还原制取多晶硅的反应式为 SiCl42 H2Si4HCl制备过89个“9”的高纯硅 SiHCI3用氢还原法制取多晶的反应式为 SiHCI3H2Si3HCl （温度900度）6、硅烷热分解法制取多晶硅方法比较简单，易于掌握 外延生长 040050042211.9/CSiHSiHkcl mol第19页/

6、共28页第20页/共28页第21页/共28页第22页/共28页第23页/共28页8、多晶硅的结构模型和性质简介1）多晶硅的结构特点晶粒间界多晶硅看成是结构缺陷很多的一种晶体2）多晶硅的性质 (1)多晶硅的电阻率 在同样掺杂浓度下，多晶硅电阻率高于单晶硅 第24页/共28页两种解释 A 杂质在晶界上的分凝效应造成。即认为在晶界中沉积的杂质量较晶粒中的多，晶界处的杂质达饱和时，才会有大量的杂质进入晶粒，电阻率才有明显下降；B 杂质都进入到晶粒，但晶界内存在大量晶格缺陷，能俘获载流子，形成阻止载流子从一个晶粒迁移到另一个相邻晶粒的阻档层或势垒，从而降低了载流子的有效迁移率。晶粒尺寸也对电阻率有影响。晶粒尺寸大（小），电阻率低（高）一些第25页/共28页(2)折射率 多晶硅的折射率随膜厚而变？与开始淀积时晶粒的无序结构有关第26页/共28页(3)扩散性质 杂质在多晶硅中扩散速度比在单晶硅中快杂质沿多