半导体材料制备技术(一)

第三章半导体材料制备技术

3.1晶体生长技术晶体生长通常指单晶锭的生长单晶锭通常在特殊装置中通过熔体的定向缓慢冷却获得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3.1.1．布里奇曼法（Bridgman）1、原理Ge，GaAs2、布里奇曼法的特点装置和方法都比较简单，典型的正常凝固过程晶锭截面形状与石英舟相同导致舟壁对生长材料的严重玷污存在高密度的晶格缺陷（热膨胀系数不同，热应力）水平布里奇曼法产生的热应力低于立式（熔体的开放面较大）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3.1.2．直拉法（Czochralski，简称CZ）1、原理2、特点晶体生长过程是在液面之上进行的，不受容器的限制，克服了应力导致晶体缺陷的缺点，污染减轻。保温与坩锅材料对晶体玷污氧、碳含量偏高拉制大直径的单晶体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。3.1.3区熔法（Floatingzone,简称FZ）1、原理2、特点无坩锅也无石墨加热器和碳毡保温系统以多晶棒为原料易与材料的区熔提纯结合常用于生长纯度要求比直拉单晶高的高阻晶体生长大直径晶体困难较大（6”）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

3.1.4升华法PVT1、原理基本过程是：结晶物受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。

升华法立式生长坩埚示意图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0.5－1mm/h，对碳化硅则一般只有0.2mm/h左右3.2多晶硅制备1、工业硅制备工业硅，一般是指95～99％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，B．P．Cu硅铁工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。2、四氯化硅制备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(75～80℃)3、三氯氢硅制备（西门子法）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4、精馏提纯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

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