集成电路原理制造工艺及原理技术-期末论文

1、1.半导体资料的主要特点2.硅的晶体构造3.硅单晶资料的加工制造过程4.直拉法生长单晶过程5. 集成电路的开展对硅片的要求.半导体资料目前用于制造半导体器件的资料有： 元素半导体Si Ge 化合物半导体GaAs 本征半导体： 不含任何杂质的纯真半导体，其纯度在99.999999%810个9。掺杂半导体： 半导体资料对杂质的敏感性非常强，例如在Si中掺入千万分之一的磷( P )或者硼B，就会使电阻率降低20万倍。.硅的共价键构造共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子.共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自在电子，因此本征半导体

2、中的自在电子很少，所以本征半导体的导电才干很弱。构成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定构造。共价键有很强的结合力，使原子规那么陈列，构成晶体。+4+4+4+4.杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其缘由是掺杂半导体的某种载流子浓度大大添加。载流子：电子，空穴N型半导体主要载流子为电子+，电子半导体P型半导体主要载流子为空穴-，空穴半导体.N型半导体多余电子磷原子硅原子+N型硅表示SiPSiSi.空穴P型半导体硼原子P型硅表示SiSiSiB硅原子空穴被以为带一个单位的正电荷，并且可以挪动.2.负电阻温度系数Si：T=300K =2 x 10

3、5 cm T=320K =2 x 104cm3.具有整流效应绝缘体半导体导体10121022 10-61012 10-6 电阻率:电阻率可在很大范围内变化1.1、 半导体的主要特征2x105 cm0.2 cm2x105B 10-5P 10-5硅. 4.光电导效应在光线作用下，对于半导体资料吸收了入射光子能量， 假设光子能量大于或等于半导体资料的禁带宽度， 就激发出电子-空穴对，使载流子浓度添加，半导体的导电性添加，阻值减低，这种景象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。 . 1839年，法国科学家贝克雷尔(Becqurel)就发现，光照能使半导体资料的不同部位之间产生电位差。这种

4、景象后来被称为“光生伏打效应，简称“光伏效应。 5.具有光生伏特效应.物质分为晶体(单晶，多晶)和非晶体 单晶体:由原子或分子在空间按一定规律周期性地反复陈列构成的固体物质。 1一种物质能否是晶体是由其内部构造决议的，而非由外观判别； 2周期性是晶体构造最根本的特征多晶体：小区域内原子周期性陈列，整体不规那么非晶体：原子陈列无序1.2半导体资料硅的构造特征.晶体的特点1均匀性,原子周期性陈列.2各向异性,也叫非均质性.(各个方向上物理和化学性质不同)3有明显确定的熔点4有特定的对称性5使X射线产生衍射.硅的晶体构造：金刚石构造金刚石构造每个原子周围有四个最临近的原子，这四个原子处于正四面体的顶

5、角上，任一顶角上的原子和中心原子各奉献一个价电子为该两个原子所共有，并构成稳定的共价键构造。共价键夹角：10928.,平面是单晶晶圆中最常用的方向。的晶圆较常用来作金属氧化物半导体集成电路方向的晶圆那么通常用来制造双极型晶体管和集成电路，由于方向的原子外表密度高，故该面较为巩固且比较适宜高功率的元件。.1.5半导体硅资料及硅衬底晶片的制备制备原资料多晶硅polysilicon多晶硅按纯度分类可以分为冶金级工业硅、太阳能级、电子级。 1、冶金级硅MG：是硅的氧化物在电弧炉中被碳复原而成。普通含Si 高达 99.8% 以上。2、太阳能级硅 (SG)：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定

6、。普通以为含Si在 99.99 % 99.9999%46个9。主要用于太阳能电池芯片的消费制造3、电子级硅EG：普通要求含Si 99.9999 %以上，超高纯到达99.9999999%99.999999999%911个9。其导电性介于 10-4 1010 欧厘米。主要用于半导体芯片制造。.多晶硅的制备单晶硅制备单晶硅性能测试单晶硅加工，构成晶圆.多晶硅的制备方法四氯化硅复原法三氯氢硅氢复原法硅烷热分解法.石英砂的主要成份是二氧化硅从沙到冶金级硅 (MGSmetallurgical grade(MG) silicon纯度9899) MGS 粉末放进反响炉和氯化氢反响生三氯硅烷(TCS)经由气化和

7、凝结过程纯化三氯硅烷三氯硅烷和氢气反响生成电子级硅资料(EGS)EGS熔化和晶体提拉制备单晶硅 直拉法 悬浮区熔法四氯化硅复原法从砂到硅.四氯化硅复原法从砂到硅 加熱 (2000 C)SiO2 + C Si + CO2 砂 碳 冶金級矽 二氧化碳.制备TCS三氯硅烷Si + HCl TCS 矽粉末氯化氫過濾器冷凝器純化器99.9999999%純度的三氯矽烷反應器, 300 C. 加熱 (1100 C)SiHCl3 + H2 Si + 3HCl 三氯矽烷 氫氣 電子級矽资料 氯化氫电子级硅资料.反响室液態三氯矽烷H2載送氣體的氣泡氫和三氯矽烷製程反應室TCS+H2EGS+HCl電子級矽资料.电子

8、级硅资料.1.直拉法：晶体主流生长技术 1设备：石英坩埚、高频加热线圈等 2资料：半导体多晶资料和掺杂物、籽晶 3条件：1结晶温度2结晶中心单晶硅的制备1.7 直拉法生长硅单晶.直拉法:切克洛斯基(CZ)法石墨坩堝單晶矽矽棒單晶矽種晶石英坩堝加熱線圈1415 C融熔的矽.直拉法生长单晶硅資料來源: fullman/semiconductors/_crystalgrowing.html.工艺过程(掌握)1.引晶：当温度稳定时，可将籽晶与熔体接触。此时 要控制好温度，当籽晶与熔体液面接触，浸润良好时，可开场缓慢提拉，随着籽晶上升硅在籽晶头部结晶，这一步骤叫“引晶，又称“下种。2.缩颈：“缩颈是指在

9、引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。颈普通要长于20mm.3.放肩：缩颈工艺完成后，略降低温度，让晶体逐渐长大到所需的直径为止。这称为“放肩。在放肩时可判别晶体能否是单晶，否那么要将其熔掉重新引晶。单晶体外形上的特征棱的出现可协助我们判别，方向应有对称三条棱，方向有对称的四条棱。4.等径生长：当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再增大，称为收肩。收肩后坚持晶体直径不变，就是等径生长。此时要严厉控制温度和拉速不变。5.收晶：晶体生长所需长度后，拉速不变，升高熔体温度或熔体温度不变，加快拉速，使晶体脱离熔

10、体液面。.一 单晶硅的切割1 切断：目的是切除单晶硅棒的头部、尾部及超出客户规格的部分，将单晶硅棒分段成切片设备可以处置的长度2 直径滚磨：把不均匀的直径变得均匀一致3 晶体定向定面、电导率和电阻率的检查 1检查能否得到所需求的晶向晶面 2检查半导体被掺杂后的电导率，以保证掺杂类型的正确。4 切片硅单晶的加工：切割 研磨 抛光.二 硅单晶的研磨 1 目的：去除切片中残留的外表损伤，晶圆外表完全平整；2 磨片：研磨晶圆，精调到半导体运用的要求。.化學機械研磨製程研磨液研磨墊壓力晶圓夾具晶圓.三 硅单晶片的抛光 1 抛光目的：晶圆外表光滑，像镜面一样亮。2 抛光的过程：化学和机械两种过程同时进展。3 化学腐蚀液：用于腐蚀晶圆外表4 机械摩擦：同时去掉不平整的区域，获得最平整的晶圆外表。. 1.集成电路的特征尺寸逐渐减小，芯片面积逐渐增大 (1) 微缺陷对芯片的影响增大 (2) 器件参数对单晶硅中杂质和缺陷的 密度，分布特点，电活性等更加敏感集成电路的开展对硅片的要求.2.