微系统的重要材料—硅衬底的补充说明资料PPT课件
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微系统的重要材料—硅衬底的补充说明共53页
微系统的重要材料—硅衬底的补充说 明
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
微系统的重要材料—硅衬底的补充说明53页文档
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank 明
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
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微系统的重要材料—硅衬底的补充说明
11、获得的成功越大，就越令人高兴 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
11、获得的成功越大，就越令人高兴 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
人教必修1第四章第一节 无机非金属材料的主角 --硅课件品质课件PPT
SiO2：空间结构呈 正四面体，性质稳 定，熔沸点高，硬 度大，难溶于水 （物理性质）
二氧化硅的存在形态常以结晶形和无定 形存在：如：
水晶 结晶形（石英晶体）
玛瑙
统称
硅石
无定形 ：硅藻土
水
玛
硅
晶
瑙
藻
土
二氧化硅的用途：
二氧化硅可用来生产光导纤维、玻璃等，光导纤维的通信 容量大，抗干扰性能好，传输的信号不易衰减，能有效提 高通信效率。
4、与碳反应：
CO2+C =(高温) 2CO SiO2+2C=(高温)Si+2CO
注意：作为特别之处的是二氧化碳和二氧化硅都属于酸性氧化物， 二氧化硅能与酸反应
特性：唯一与酸氢氟酸（HF）反应
SiO2+4HF=SiF4 ↑+H2O （生活中用于雕刻玻璃）
！注意：四氟化硅（SiF4）为气体
• 长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。努力，终会有所收获，功夫不负有心人。以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。前进的路上，要不断反思、 关照自己的不足，学习更多东西，更进一步。穷则独善其身，达则兼济天下。现代社会，有很多人，钻进钱眼，不惜违法乱纪；做人，穷，也要穷的有骨气！古之立大事者，不惟 有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。想干成大事，除了勤于修炼才华和能力，更重要的是要能坚持下来。士不可以不弘毅，任重而道远。仁以为己任，不亦重乎?死而后已，不亦 远乎?心中有理想，脚下的路再远，也不会迷失方向。太上有立德，其次有立功，其次有立言，虽久不废，此谓不朽。任何事业，学业的基础，都要以自身品德的修炼为根基。饭 疏食，饮水，曲肱而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。财富如浮云，生不带来，死不带去，真正留下的，是我们对这个世界的贡献。英雄者，胸怀大志，腹有良 策，有包藏宇宙之机，吞吐天地之志者也英雄气概，威压八万里，体恤弱小，善德加身。老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志老去的只是身体，心灵可以永远保持 丰盛。乐民之乐者，民亦乐其乐；忧民之忧者，民亦忧其忧。做领导，要能体恤下属，一味打压，尽失民心。勿以恶小而为之，勿以善小而不为。越是微小的事情，越见品质。学 而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。知行合一，方可成就事业。以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。若是天下人都能互相体谅，纷扰世事可以停歇。志不 强者智不达，言不信者行不果。立志越高，所需要的能力越强，相应的，逼迫自己所学的，也就越多。臣心一片磁针石，不指南方不肯休。忠心，也是很多现代人缺乏的精神。吾 日三省乎吾身。为人谋而不忠乎?与朋友交而不信乎?传不习乎?若人人皆每日反省自身，世间又会多出多少君子。人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。给世界和身边 人，多一点宽容，多一份担当。为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平。立千古大志，乃是圣人也。丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。淡看世间事，心情如浮 云天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。君子，生在世间，当靠自己拼搏奋斗。博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。进学之道，一步步逼近真相，逼近更 高。百学须先立志。天下大事，不立志，难成！海纳百川，有容乃大；壁立千仞，无欲则刚做人，心胸要宽广。其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。身心端正，方可知行合 一。子曰:“知者不惑，仁者不忧，勇者不惧。”真正努力精进者，不会把时间耗费在负性情绪上。好学近乎知，力行近乎仁，知耻近乎勇。力行善事，有羞耻之心，方可成君子。操 千曲尔后晓声，观千剑尔后识器做学问和学技术，都需要无数次的练习。第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。人总是珍惜 未得到的，而遗忘了所拥有的。谁伤害过你，谁击溃过你，都不重要。重要的是谁让你重现笑容。幸运并非没有恐惧和烦恼；厄运并非没有安慰与希望。你不要一直不满人家，你 应该一直检讨自己才对。不满人家，是苦了你自己。最深的孤独不是长久的一个人，而是心里没有了任何期望。要铭记在心；每一天都是一年中最完美的日子。只因幸福只是一个 过往，沉溺在幸福中的人；一直不知道幸福却很短暂。一个人的价值，应该看他贡献什么，而不应当看他取得什么。做个明媚的女子。不倾国，不倾城，只倾其所有过的生活。生 活就是生下来，活下去。人生最美的是过程，最难的是相知，最苦的是等待，最幸福的是真爱，最后悔的是错过。两个人在一起能过就好好过！不能过就麻利点分开。当一个人真 正觉悟的一刻，他放下追寻外在世界的财富，而开始追寻他内心世界的真正财富。人若软弱就是自己最大的敌人。日出东海落西山，愁也一天，喜也一天。遇事不转牛角尖，人也 舒坦，心也舒坦。乌云总会被驱散的，即使它笼罩了整个地球。心态便是黑暗中的那一盏明灯，可以照亮整个世界。生活不是单行线，一条路走不通，你可以转弯。给我一场车祸。 要么失忆。要么死。有些人说：我爱你、又不是说我只爱你一个。生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。删掉了关于你的一切，唯独删不掉关于你的回忆。任何事都是有 可能的。所以别放弃，相信自己，你可以做到的。、相信自己，坚信自己的目标，去承受常人承受不了的磨难与挫折，不断去努力、去奋斗，成功最终就会是你的！既然爱，为什 么不说出口，有些东西失去了，就在也回不来了！对于人来说，问心无愧是最舒服的枕头。嫉妒他人，表明他人的成功，被人嫉妒，表明自己成功。在人之上，要把人当人；在人 之下，要把自己当人。人不怕卑微，就怕失去希望，期待明天，期待阳光，人就会从卑微中站起来，带着封存梦想去拥抱蓝天。成功需要成本，时间也是一种成本，对时间的珍惜 就是对成本的节约。人只要不失去方向，就不会失去自己。过去的习惯，决定今天的你，所以，过去的懒惰，决定你今天的一败涂地。让我记起容易，但让我忘记我怕我是做不到。 不要跟一个人和他议论同一个圈子里的人，不管你认为他有多可靠。想象困难做出的反应，不是逃避或绕开它们，而是面对它们，同它们打交道，以一种进取的和明智的方式同它 们奋斗。他不爱你，你为他挡一百颗子弹也没用。坐在电脑前，不知道做什么，却又不想关掉它。做不了决定的时候，让时间帮你决定。如果还是无法决定，做了再说。宁愿犯错， 不留遗憾。发现者，尤其是一个初出茅庐的年轻发现者，需要勇气才能无视他人的冷漠和怀疑，才能坚持自己发现的意志，并把研究继续下去。我的本质不是我的意志的结果，相 反，我的意志是我的本质的结果，因为我先有存在，后有意志，存在可以没有意志，但是没有存在就没有意志。公共的利益，人类的福利，可以使可憎的工作变为可贵，只有开明 人士才能知道克服困难所需要的热忱。立志用功如种树然，方其根芽，犹未有干；及其有干，尚未有枝；枝而后叶，叶而后花。意志的出现不是对愿望的否定，而是把愿望合并和 提升到一个更高的意识无论是美女的歌声，还是鬓狗的狂吠，无论是鳄鱼的眼泪，还是恶狼的嚎叫，都不会使我动摇。即使遇到了不幸的灾难，已经开始了的事情决不放弃。最可 怕的敌人，就是没有坚强的
半导体工艺(第1章2)衬底材料制备PPT课件
高温中，将晶体缺陷和杂质沉积团解体， 并以原子态溶于晶体中，然后再使它们运 动至有源区以外，或被俘获，或被挥发。
本征吸除：
在晶片内引入一些缺陷，以此吸除在表 面附近的杂质和缺陷；
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
国内自造单晶炉设备图如下
直拉法制备单晶硅生长原理
点击视屏
单晶材料中的原生缺陷与有害杂质
硅单晶中存在多种原生缺陷和有害杂质。
宏观缺陷：
孪晶、裂纹、夹杂、位错等
原生缺陷：晶体生长过程中形成的缺陷
微缺陷 ：微沉积
➢ 有害杂质是指会影响晶体性质的杂质或杂 质团：施主、受主、重金属、碱金属等。
➢ 孪晶：晶体中有两个或以上生长晶核
（2）晶片平整度：晶片微细加工中，晶片的 翘曲将对图形加工质量产生严重影响。欲 减少翘曲，必须增加晶片厚度、减小晶片 所受的加工应力。
2、器件浅结化对硅材料的要求
➢ 随着器件图形特征尺寸的缩小，器件结深也 越来越浅。
➢ 因此器件特性对硅材料表面质量和界面性质 更为敏感。
➢ 任何表面缺陷都可能引起器件失效或可靠性 降低。
➢ 材料中的缺陷和有害杂质是工艺诱生缺陷 的主要核化中心，因此必须通过单晶生长 过程中的质量控制和后续处理来提高单晶 的质量，使单晶材料趋于完美。
➢ 减少单晶材料缺陷和有害杂质的后续处理 方法通常采用吸除技术。 本征吸除 背面损伤 物理吸除 应力吸除 扩散吸除 吸除技术 溶解度增强吸除 化学吸除
物理吸除过程：
硅单晶体制备
➢多晶硅是制备单晶硅的原始材料 （一）多晶硅制备 多晶硅制备方式主要有三种： ✓ 四氯化硅氢还原法 ✓ 三氯氢硅氢还原法 ✓ 硅烷热分解法
本征吸除：
在晶片内引入一些缺陷，以此吸除在表 面附近的杂质和缺陷；
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
国内自造单晶炉设备图如下
直拉法制备单晶硅生长原理
点击视屏
单晶材料中的原生缺陷与有害杂质
硅单晶中存在多种原生缺陷和有害杂质。
宏观缺陷：
孪晶、裂纹、夹杂、位错等
原生缺陷：晶体生长过程中形成的缺陷
微缺陷 ：微沉积
➢ 有害杂质是指会影响晶体性质的杂质或杂 质团：施主、受主、重金属、碱金属等。
➢ 孪晶：晶体中有两个或以上生长晶核
（2）晶片平整度：晶片微细加工中，晶片的 翘曲将对图形加工质量产生严重影响。欲 减少翘曲，必须增加晶片厚度、减小晶片 所受的加工应力。
2、器件浅结化对硅材料的要求
➢ 随着器件图形特征尺寸的缩小，器件结深也 越来越浅。
➢ 因此器件特性对硅材料表面质量和界面性质 更为敏感。
➢ 任何表面缺陷都可能引起器件失效或可靠性 降低。
➢ 材料中的缺陷和有害杂质是工艺诱生缺陷 的主要核化中心，因此必须通过单晶生长 过程中的质量控制和后续处理来提高单晶 的质量，使单晶材料趋于完美。
➢ 减少单晶材料缺陷和有害杂质的后续处理 方法通常采用吸除技术。 本征吸除 背面损伤 物理吸除 应力吸除 扩散吸除 吸除技术 溶解度增强吸除 化学吸除
物理吸除过程：
硅单晶体制备
➢多晶硅是制备单晶硅的原始材料 （一）多晶硅制备 多晶硅制备方式主要有三种： ✓ 四氯化硅氢还原法 ✓ 三氯氢硅氢还原法 ✓ 硅烷热分解法
无机非金属材料的主角——硅课件(最新)高中化学必修一PPT(46页)
无 机 非 金 属 材料的 主角— —硅课 件（最 新）高 中化学 必修一 PPT(46 页)
三、硅酸 1．性质： (1)弱酸性： 向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀：Na2SiO3＋CO2＋H2O=== H2SiO3↓＋Na2CO3。结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性更__弱____。 (2)不稳定性。 H2SiO3不稳定，受热易分解：H2SiO3==△===SiO2＋H2O。 点拨：硅酸不能使紫色石蕊试液变色。
3．(2019·四川成都七中高一阶段性测试)下列叙述正确的是
(C )
A．SiO2既能和NaOH溶液反应，又能和氢氟酸反应，所以SiO2属于两性氧 化物
B．因为Na2CO3＋SiO2=高==温==Na2SiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强 C．CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂 D．CO2和SiO2都是由分子构成的化合物，所以两者物理性质相似
是还原剂，CO2和SiO2都作氧化剂，C正确；CO2是由分子构成的化合物，SiO2
是由硅原子和氧原子构成的立体网状结构的化合物，不存在单个的分子，两者
结构不同，物理性质相差较大，D错误。
4 ． (2019· 黑 龙 江 哈 尔 滨 六 中 高 一 月 考 ) 诺 贝 尔 物 理 学 奖 曾 授 予 “ 光 纤 之 父”英国华裔科学家高锟以及两位美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。 光导纤维的主要成分是二氧化硅，下列关于二氧化硅的说法正确的是 ( D )
黏土
主要设备 水泥回转窑
玻璃窑 /
4．特殊功能的含硅物质： (1)金刚砂(SiC)具有类似___金__刚__石___的结构，硬度很大，可用作砂纸、砂轮 磨料。 (2)硅钢(含Si 4%)具有很高的__导__磁__性____，主要用作变压器铁芯。 (3)硅橡胶，既耐高温又耐低温，用于制造火箭、导弹的零件。 (4)人工制造的分子筛(具有均匀微孔结构的铝硅酸盐)，主要用作吸附剂和 __催__化__剂____。
IC工艺技术1引言和硅衬底.pptx
N+
p
P+
N+ P+
N+
双极集成电路工艺
• 接触孔光刻
N+
p
P+
N+ P+
N+
双极集成电路工艺
• 金属连线
N+
p
N+
P+
P+
N+
集成电路制造环境
• 超净厂房 无尘、恒温、恒湿
• 超净水 • 超净气体
常用气体(N2、O2、H2)纯度>99.9999% 颗粒控制严 0.5/L • 超净化学药品 纯度、颗粒控制
电流
IDS
门延迟 T
缩小因子
1/λ 1/k λ2/k λ/k λ/k2 k/ λ2
恒电场和恒电压缩小
参数
变量
恒电场
几何尺寸 W, L, tox, xj 1/λ
电压
VDS,VGS
1/λ
掺杂浓度 NA, ND
λ
电场
E
1
电流
IDS
1/ λ
门延迟 T
1/ λ
恒电压 1/ λ 1 λ2 λ λ 1/λ2
双极型晶体管的等比例缩小
工艺整合
• 双极集成电路 *数字双极集成电路－高速 *模拟双极集成电路－精度（含电容，pnp)
• CMOS集成电路 *数字逻辑，存储器CMOS *数字模拟混合CMOS
• BiCMOS集成电路 • 高压功率MOS • BCD集成电路
双极集成电路工艺
• 埋层光刻
P (111) Sub 10-20-cm
• 发射极条宽
k
• 基区掺杂浓度
k1.6
硅材料及衬底制备
表面质量与完整性
优化硅衬底的表面质量和完整性，降低缺陷密度和杂质含量。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
硅衬底还可用于制造光伏组件，提高光伏发电的效率和可靠 性。
传感器领域的应用
压力传感器
硅材料具有高灵敏度、低滞后性和长期稳定性等特点，可用于制造压力传感器。
温度传感器
硅材料也可用于制造温度传感器，其具有响应速度快、精度高等优点。
其他领域的应用
生物医学
硅材料在生物医学领域中可用于制造 人工关节、牙齿等医疗器件。
硅的化学性质
稳定性
硅在常温下不易与氧、氮、氯等 非金属元素反应。
还原性
硅能够被碳、氢气等还原剂还原。
氧化性
在高温下，硅能够与氧反应生成二 氧化硅。
硅的分类与用途
01
02
03
04
单晶硅
用于制造集成电路、太阳能电 池等。
多晶硅
用于制造太阳能电池、电子器 件等。
纳米硅粉
用于制造涂料、橡胶、塑料等 高分子材料。
上沉积形成非晶硅薄膜。
化学气相沉积法
利用化学反应在衬底上沉积形成 非晶硅薄膜，常用的反应气体为
硅烷和氢气。
物理气相沉积法
利用物理方法将硅原子或分子沉 积在衬底上形成非晶硅薄膜。
04
硅材料及衬底的应用
微电子领域的应用
集成电路
01
硅材料是集成电路制造中最重要的基础材料之一，用于制造芯
片中的晶体管、电容、电阻等元件。
硅材料及衬底制备
contents
目录
• 硅材料基础 • 硅材料制备技术 • 硅衬底制备技术 • 硅材料及衬底的应用 • 硅材料及衬底的发展趋势与挑战
优化硅衬底的表面质量和完整性，降低缺陷密度和杂质含量。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
硅衬底还可用于制造光伏组件，提高光伏发电的效率和可靠 性。
传感器领域的应用
压力传感器
硅材料具有高灵敏度、低滞后性和长期稳定性等特点，可用于制造压力传感器。
温度传感器
硅材料也可用于制造温度传感器，其具有响应速度快、精度高等优点。
其他领域的应用
生物医学
硅材料在生物医学领域中可用于制造 人工关节、牙齿等医疗器件。
硅的化学性质
稳定性
硅在常温下不易与氧、氮、氯等 非金属元素反应。
还原性
硅能够被碳、氢气等还原剂还原。
氧化性
在高温下，硅能够与氧反应生成二 氧化硅。
硅的分类与用途
01
02
03
04
单晶硅
用于制造集成电路、太阳能电 池等。
多晶硅
用于制造太阳能电池、电子器 件等。
纳米硅粉
用于制造涂料、橡胶、塑料等 高分子材料。
上沉积形成非晶硅薄膜。
化学气相沉积法
利用化学反应在衬底上沉积形成 非晶硅薄膜，常用的反应气体为
硅烷和氢气。
物理气相沉积法
利用物理方法将硅原子或分子沉 积在衬底上形成非晶硅薄膜。
04
硅材料及衬底的应用
微电子领域的应用
集成电路
01
硅材料是集成电路制造中最重要的基础材料之一，用于制造芯
片中的晶体管、电容、电阻等元件。
硅材料及衬底制备
contents
目录
• 硅材料基础 • 硅材料制备技术 • 硅衬底制备技术 • 硅材料及衬底的应用 • 硅材料及衬底的发展趋势与挑战
化学课件《无机非金属材料的主角——硅》优秀ppt10 人教课标版
97.有三个人是我的朋友爱我的人.恨我的人.以及对我冷漠的人。 爱我的人教我温柔；恨我的人教我谨慎；对我冷漠的人教我自立。――[J·E·丁格] 98.过去的事已经一去不复返。聪明的人是考虑现在和未来，根本无暇去想过去的事。――[英国哲学家培根] 99.真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。――[马塞尔·普劳斯特] 100.这个世界总是充满美好的事物，然而能看到这些美好事物的人，事实上是少之又少。――[罗丹] 101.称赞不但对人的感情，而且对人的理智也发生巨大的作用，在这种令人愉快的影响之下，我觉得更加聪明了，各种想法，以异常的速度接连涌入我的脑际。――[托尔斯泰] 102.人生过程的景观一直在变化，向前跨进，就看到与初始不同的景观，再上前去，又是另一番新的气候――。[叔本华] 103.为何我们如此汲汲于名利，如果一个人和他的同伴保持不一样的速度，或许他耳中听到的是不同的旋律，让他随他所听到的旋律走，无论快慢或远近。――[梭罗] 104.我们最容易不吝惜的是时间，而我们应该最担心的也是时间；因为没有时间的话，我们在世界上什么也不能做。――[威廉·彭] 105.人类的悲剧，就是想延长自己的寿命。我们往往只憧憬地平线那端的神奇【违禁词，被屏蔽】，而忘了去欣赏今天窗外正在盛开的玫瑰花。――[戴尔·卡内基] 106.休息并非无所事事，夏日炎炎时躺在树底下的草地，听着潺潺的水声，看着飘过的白云，亦非浪费时间。――[约翰·罗伯克] 107.没有人会只因年龄而衰老，我们是因放弃我们的理想而衰老。年龄会使皮肤老化，而放弃热情却会使灵魂老化。――[撒母耳·厄尔曼] 108.快乐和智能的区别在于：自认最快乐的人实际上就是最快乐的，但自认为最明智的人一般而言却是最愚蠢的。――[卡雷贝·C·科尔顿] 109.每个人皆有连自己都不清楚的潜在能力。无论是谁，在千钧一发之际，往往能轻易解决从前认为极不可能解决的事。――[戴尔·卡内基] 110.每天安静地坐十五分钟·倾听你的气息，感觉它，感觉你自己，并且试着什么都不想。――[艾瑞克·佛洛姆] 111.你知道何谓沮丧---就是你用一辈子工夫，在公司或任何领域里往上攀爬，却在抵达最高处的同时，发现自己爬错了墙头。－－[坎伯] 112.「伟大」这个名词未必非出现在规模很大的事情不可；生活中微小之处，照样可以伟大。――[布鲁克斯] 113.人生的目的有二：先是获得你想要的；然后是享受你所获得的。只有最明智的人类做到第二点。――[罗根·皮沙尔·史密斯] 114.要经常听.时常想.时时学习，才是真正的生活方式。对任何事既不抱希望，也不肯学习的人，没有生存的资格。
无机非金属材料的主角——硅PPT课件36 人教课标版
+ H2SiO3↓
硅酸钠水溶液久置在空气中会出现什么现象？为什么？ 硅酸钠水溶液久置在空气中会出现白色浑浊。 Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3↓
盛放和保存水玻璃时应该注意什么？
①、盛Na2SiO3溶液的试剂瓶密封保存，否则吸收空 气中CO2会变质 ②、不可以使用玻璃塞，因为它本身是一种玻璃黏 胶剂。
②不能燃烧，不易被腐蚀，热稳定性好 【实验4-2】
放入蒸馏水
现 象
放入Na2SiO3饱和溶液
Na2SiO3防火效果好，用作 防火剂 制备硅胶和木材防火剂的原 料
水分蒸发后，失去防 火作用
结 论
当水分蒸发后滤纸 燃烧
(3)、用途
当水分蒸发后滤纸不易 燃烧
5、三种常见的硅酸盐产品
陶瓷 硅酸盐产品 水泥 使用量最大的 无机非金属材 料。
晶体硅的导电性介于导体和半导体之间,是良好的半导 体材料,硅是信息技术的关键材料。用于制作太阳能电 池、计算机芯片等材料。
硅及其化合物之间的转换
O2
C
NaOH
HCl
1．下列试剂可用带玻璃塞的玻璃瓶存放的是 A．NaOH溶液 B．Na2SiO3溶液 C．盐酸 D．氢氟酸 2、下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是
二、硅单质 1、硅的工业制法
粗硅的制取：
2C+ SiO2 高温 Si(粗)+2CO↑
粗硅的提纯： Si(粗)+2Cl2 SiCl4+2H2 SiCl4 高温 Si(纯)+4HCl
晶体硅 2、存在形式 3、物理性质： 无定形硅
结构类似于金刚石，为硬而脆的 灰黑色固体, 熔点高,硬度大。导 电性介于导体和绝缘体之间。
IC工艺技术1-引言和硅衬底幻灯片PPT
CD(um) 1.0 0.5 0.35 0.25 0.18 0.15 0.13 0.10
IC技术开展趋势(1) 集成度不断提高－摩尔定律
晶体管
1.E+07
1.E+06
80386
奔腾 80486
Pentium Pro
1.E+05 1.E+04
80286 8086
8080
1.E+03 4004
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
硅衬底材料
引言
• 集成电路工艺技术开展趋势 • 器件等比例缩小原理 • 平面工艺 • 单项工艺 • 工艺整合 • 集成电路制造环境 • 讲座安排
集成电路技术开展趋势
• 特征线宽不断变细、集成度不断提高 • 摩尔定律：芯片上晶体管每一年半翻一
番 • 芯片和硅片面积不断增大 • 数字电路速度不断提高 • 构造复杂化、功能多元化 • 芯片价格不断降低
IC技术开展趋势(1) 特征线宽随年代缩小
10
1
0.1 1970 1973 1975 1979 1982 1985 1987 1991 1993 1997 2001
YEAR
um
IC技术开展趋势(1) 特征线宽随年代缩小
1988 1992 1995 1997 1999 2001 2002 2005
VG
VD
n+
Q
n+
P
n
Qn(y)=-[Vg-V(y)-2]Co+2qNa[2 +V(y)] dV=IDdR=IDdy/Z Qn(y) ID=Z/L Co{(VG- 2-VD/2) VD-2/3 2qNa/Co
[(VD+ 2)2/3-(2) 2/3]}
IC技术开展趋势(1) 集成度不断提高－摩尔定律
晶体管
1.E+07
1.E+06
80386
奔腾 80486
Pentium Pro
1.E+05 1.E+04
80286 8086
8080
1.E+03 4004
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
硅衬底材料
引言
• 集成电路工艺技术开展趋势 • 器件等比例缩小原理 • 平面工艺 • 单项工艺 • 工艺整合 • 集成电路制造环境 • 讲座安排
集成电路技术开展趋势
• 特征线宽不断变细、集成度不断提高 • 摩尔定律：芯片上晶体管每一年半翻一
番 • 芯片和硅片面积不断增大 • 数字电路速度不断提高 • 构造复杂化、功能多元化 • 芯片价格不断降低
IC技术开展趋势(1) 特征线宽随年代缩小
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0.1 1970 1973 1975 1979 1982 1985 1987 1991 1993 1997 2001
YEAR
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IC技术开展趋势(1) 特征线宽随年代缩小
1988 1992 1995 1997 1999 2001 2002 2005
VG
VD
n+
Q
n+
P
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Qn(y)=-[Vg-V(y)-2]Co+2qNa[2 +V(y)] dV=IDdR=IDdy/Z Qn(y) ID=Z/L Co{(VG- 2-VD/2) VD-2/3 2qNa/Co
[(VD+ 2)2/3-(2) 2/3]}
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3 每种材料的性能都有其局限性。薄膜技术作为材料制备的有效手段，可以将 各种不同的材料灵活地复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发 挥每种成分的优势，避免单一材料的局限性
2021/2/26
返回
9
物理气相沉积(PVD: Physical Vapor Deposition)指的是利用某些物 理的过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时表面原子的溅射等 现象，实现物质从源物质到薄膜物质的可控的原子转移过程。这种薄 膜制备方法相对于化学气相沉积方法而言，具有以下几个特点∶ ----要使用固态的或者融化态的物质作为沉积过程的源物质； ----源物质要经过物理过程进入气相; ----需要相对较低的气体压力环境; ----在气相中及衬底表面不发生化学反应。
8
薄膜材料是相对于体材料而言的，是人们采用特殊的方法，在体 材料的表面沉积或制备的一层性质于体材料完全不同的物质层。薄 膜材料受到重视的原因在于它往往具有特殊的材料性能或材料组合。
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展最为迅速的一个 分支，至少有以下三个方面的原因∶
1 现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，打破了过去体材料的一 统天下。过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器 件或一块集成电路就可以完成。薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有 效的技术手段。 2 器件的微型化不仅可以保持器件原有的功能，并使之更强化，而且随着器件 的尺寸减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器 件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制 备这类具有新型功能器件的有效手段。
•碳化硅（SiC）：
•作用：耐高温器件(高温下尺寸和化学性质稳定,熔点2300 ℃); 在KOH、 HF中刻蚀保护； •制备方法：CVD、溅射等各种沉积技术。
•氮化硅（Si3N4，力学/热学特性比SiO2好)
•作用：扩散、离子注入掩模（阻挡水及金属离子扩散、）；深层刻蚀 掩模（超强抗腐蚀能力）；绝缘层；光波导；防止有毒流体侵入的密封 材料。CVD法制备。
4
•室温下〈100〉取向P型和N型硅电阻率和压阻系数参见表7-8。 这是在三维结构中压阻的描述。
•在MEMS中，主要以薄带状压阻形式。因此只要考虑x、y两
个方向的平面应力。对于p型硅，最大压阻系数为44=138x1011/Pa,对于n型硅11=102x10-11/Pa。因此一般采用P型材料作压 阻。平面压阻的典型形式和各个方向的压阻系数见图7-14和
•三要素（光刻胶、光刻模板、对准曝光机）
•五步骤（基片前处理、匀胶、前烤、对准曝光 、后烤、除胶）
蚀刻之前的等 离子体清胶
2021/2/26
1
微系统的重要材料——硅衬底的补充说明
•晶体结构：近似面心立方晶格（实际FCCA+FCCB,晶胞含 8+6+4个原子、晶格常数0.543nm)；
•密勒指数：设初基胞（面心立方）置于xyz坐标系中，平行于 坐标平面的为（100）晶面族、平行于某一坐标轴的对角线平面 为（110）晶面族、与三个轴都等节距相交的平面为(111)晶面族； 表现出力学常数、加工特性等方面的各项异性；
•多晶硅（力学/热学特性各向同性)
• 作用：电阻、压阻、简易欧姆接触等广泛用途。
20•21/2/26常用LPCVD法制备。
7
微系统薄膜材料的制备方法
内容:
1 薄膜材料的物理汽相沉积-热蒸发 2 离子溅射镀膜 3 高温扩散和离子注入 4 薄膜材料的化学汽相沉积---CVD法 ５溶胶凝胶。
2021/2/26
P-(111) 90°
N-(111) 45°
主平面(110)
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----硅化合Leabharlann ： 物性特点、MEMS中应用和制备方法
•二氧化硅（SiO2)：
•作用：热和电的绝缘体（表7-1-电阻率1016Ωcm; 表7-3-热导率 0.014w/cm℃)；作为硅刻蚀掩模（KOH中200：1); 作为牺牲层。 •制备方法有：干、湿氧化、CVD、溅射。
表7-9。
对温度的依赖性强，具体见
表7-10。同一个元件在120 ℃
• 压阻元件的电阻变化计算：
时其压阻技术损失27%
△R/R=LσL+ TσT
2021/2/26
包含纵向、横向压阻系 数及尺寸变化因素
看例题7-3
5
90°
主平面(110)
P-(100)
N-(100) 135°
主平面(110)
主平面(110)
物理气相沉积中最为基本的方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉
积技术发展的最初阶段，由于蒸发法相对于溅射法具有一些明显的优 点，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由此导致的较高 的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对较大的重视。但是另一方面， 溅射法也具有自己的一些优势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分 容易控制，沉积层对于衬底的附着力较好等。同时，现代技术对于合 金薄膜材料的需求也促进了各种高速溅射方法以及高纯靶材，高纯气 体制备技术的发展，这些都使溅射法制备的薄膜的质量得到了很大的 改善。如今，不仅上述两种物理气相沉积方法已经大量应用于各个技 术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自个特点，还开发了许 多介于上述两种方法之间的性的薄膜沉积技术。
•机电特性：薄膜状态弹性极好；导电性在10-3-108之间可调；
2021/2/26
2
硅压电电阻
•压阻现象：固体在受到应力作用时其电阻率发生的变化 的现象。P型或N型硅都具有优良的压阻效应（1954年 Smith发现）。 •硅晶体各向异性的事实使得电阻率-应变变化关系变得比 较复杂
{△R}=[]{σ}
其中，{△R}={△Rxx△Ryy△Rzz△Rxy△Rxz△Ryz}T代表与应力分量
{σ}={σxx σyy σzz σxy σxz σyz}T相对应的无限小立方体压阻单元的 电阻率变化。在应力分量的六个独立分量中，三个是正 应力分量，三个是切应力分量。[]为压阻系数矩阵。
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物质的热蒸发 (Thermal Evaporation) ----物质的蒸发速度
在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸汽压。只
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物理气相沉积(PVD: Physical Vapor Deposition)指的是利用某些物 理的过程，如物质的热蒸发或在受到粒子束轰击时表面原子的溅射等 现象，实现物质从源物质到薄膜物质的可控的原子转移过程。这种薄 膜制备方法相对于化学气相沉积方法而言，具有以下几个特点∶ ----要使用固态的或者融化态的物质作为沉积过程的源物质； ----源物质要经过物理过程进入气相; ----需要相对较低的气体压力环境; ----在气相中及衬底表面不发生化学反应。
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薄膜材料是相对于体材料而言的，是人们采用特殊的方法，在体 材料的表面沉积或制备的一层性质于体材料完全不同的物质层。薄 膜材料受到重视的原因在于它往往具有特殊的材料性能或材料组合。
薄膜材料之所以能够成为现代材料科学各分支中发展最为迅速的一个 分支，至少有以下三个方面的原因∶
1 现代科学技术的发展，特别是微电子技术的发展，打破了过去体材料的一 统天下。过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅仅需要少数几个器 件或一块集成电路就可以完成。薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有 效的技术手段。 2 器件的微型化不仅可以保持器件原有的功能，并使之更强化，而且随着器件 的尺寸减小并接近了电子或其他粒子量子化运动的微观尺度，薄膜材料或其器 件将显示出许多全新的物理现象。薄膜技术作为器件微型化的关键技术，是制 备这类具有新型功能器件的有效手段。
•碳化硅（SiC）：
•作用：耐高温器件(高温下尺寸和化学性质稳定,熔点2300 ℃); 在KOH、 HF中刻蚀保护； •制备方法：CVD、溅射等各种沉积技术。
•氮化硅（Si3N4，力学/热学特性比SiO2好)
•作用：扩散、离子注入掩模（阻挡水及金属离子扩散、）；深层刻蚀 掩模（超强抗腐蚀能力）；绝缘层；光波导；防止有毒流体侵入的密封 材料。CVD法制备。
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•室温下〈100〉取向P型和N型硅电阻率和压阻系数参见表7-8。 这是在三维结构中压阻的描述。
•在MEMS中，主要以薄带状压阻形式。因此只要考虑x、y两
个方向的平面应力。对于p型硅，最大压阻系数为44=138x1011/Pa,对于n型硅11=102x10-11/Pa。因此一般采用P型材料作压 阻。平面压阻的典型形式和各个方向的压阻系数见图7-14和
•三要素（光刻胶、光刻模板、对准曝光机）
•五步骤（基片前处理、匀胶、前烤、对准曝光 、后烤、除胶）
蚀刻之前的等 离子体清胶
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微系统的重要材料——硅衬底的补充说明
•晶体结构：近似面心立方晶格（实际FCCA+FCCB,晶胞含 8+6+4个原子、晶格常数0.543nm)；
•密勒指数：设初基胞（面心立方）置于xyz坐标系中，平行于 坐标平面的为（100）晶面族、平行于某一坐标轴的对角线平面 为（110）晶面族、与三个轴都等节距相交的平面为(111)晶面族； 表现出力学常数、加工特性等方面的各项异性；
•多晶硅（力学/热学特性各向同性)
• 作用：电阻、压阻、简易欧姆接触等广泛用途。
20•21/2/26常用LPCVD法制备。
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微系统薄膜材料的制备方法
内容:
1 薄膜材料的物理汽相沉积-热蒸发 2 离子溅射镀膜 3 高温扩散和离子注入 4 薄膜材料的化学汽相沉积---CVD法 ５溶胶凝胶。
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P-(111) 90°
N-(111) 45°
主平面(110)
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----硅化合Leabharlann ： 物性特点、MEMS中应用和制备方法
•二氧化硅（SiO2)：
•作用：热和电的绝缘体（表7-1-电阻率1016Ωcm; 表7-3-热导率 0.014w/cm℃)；作为硅刻蚀掩模（KOH中200：1); 作为牺牲层。 •制备方法有：干、湿氧化、CVD、溅射。
表7-9。
对温度的依赖性强，具体见
表7-10。同一个元件在120 ℃
• 压阻元件的电阻变化计算：
时其压阻技术损失27%
△R/R=LσL+ TσT
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包含纵向、横向压阻系 数及尺寸变化因素
看例题7-3
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90°
主平面(110)
P-(100)
N-(100) 135°
主平面(110)
主平面(110)
物理气相沉积中最为基本的方法就是蒸发法和溅射法。在薄膜沉
积技术发展的最初阶段，由于蒸发法相对于溅射法具有一些明显的优 点，包括较高的沉积速度，相对较高的真空度，以及由此导致的较高 的薄膜质量等，因此蒸发法受到了相对较大的重视。但是另一方面， 溅射法也具有自己的一些优势，包括在沉积多元合金薄膜时化学成分 容易控制，沉积层对于衬底的附着力较好等。同时，现代技术对于合 金薄膜材料的需求也促进了各种高速溅射方法以及高纯靶材，高纯气 体制备技术的发展，这些都使溅射法制备的薄膜的质量得到了很大的 改善。如今，不仅上述两种物理气相沉积方法已经大量应用于各个技 术领域之中，而且为了充分利用这两种方法各自个特点，还开发了许 多介于上述两种方法之间的性的薄膜沉积技术。
•机电特性：薄膜状态弹性极好；导电性在10-3-108之间可调；
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硅压电电阻
•压阻现象：固体在受到应力作用时其电阻率发生的变化 的现象。P型或N型硅都具有优良的压阻效应（1954年 Smith发现）。 •硅晶体各向异性的事实使得电阻率-应变变化关系变得比 较复杂
{△R}=[]{σ}
其中，{△R}={△Rxx△Ryy△Rzz△Rxy△Rxz△Ryz}T代表与应力分量
{σ}={σxx σyy σzz σxy σxz σyz}T相对应的无限小立方体压阻单元的 电阻率变化。在应力分量的六个独立分量中，三个是正 应力分量，三个是切应力分量。[]为压阻系数矩阵。
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物质的热蒸发 (Thermal Evaporation) ----物质的蒸发速度
在一定的温度下，每种液体或固体物质都具有特定的平衡蒸汽压。只