硅单晶制备

硅单晶制备

1.硅单晶制备方法及其特点：直拉法区熔法

A.直拉法工艺成熟，可拉出大直径硅棒是目前采用最多的硅棒生产方法，但有氧。

B.磁控直拉法能生长无氧、均匀好的大直径单晶硅棒。设备较直拉法设备复杂得多，造价也高得多，强磁场的存在使得生产成本也大幅提高。

C.悬浮区熔法与直拉法相比，去掉了坩埚，能拉制出无氧高阻单晶，当前FZ硅的电阻率可达5000Ω·cm以上

二．氧化

1.二氧化硅用途（为什么要制备二氧化硅）

首先，硅表面生成的SiO2膜相当致密，与硅紧密附着，具有良好的化学稳定性及电绝缘性，因此可制作MOS器件的栅氧化层，MOS电容的介质层。

其次，SiO2对某些杂质能起到掩蔽作用，即对某些杂质来说，在SiO2扩散系数与Si中扩散系数之比非常小，从而可以实现选择扩散。

二氧化硅的结构：

结构分析：

SiO2是由Si-O四面体组成，中心是硅原子，四个顶角是氧原子。

从顶角上的氧到中心的硅，再到另一个顶角的氧，称为O-Si-O键桥。

连接两个Si-O四面体的氧，称为桥键氧。

只与一个Si-O四面体连接的氧，称为非桥键氧。

如果SiO2晶体中所有的氧都是桥键氧，那么这就是结晶形SiO2。

如果SiO2晶体中大部分氧是桥键氧，一部分是非桥键氧，那么这就是无定形SiO2。

无定形与结晶形比较：

（1）桥键氧与非桥键氧的连接。

（2）有无规则的排列连接。无定形晶体的网络是疏松的.不均匀的,存在孔洞.

（3）硅要运动必须打破四个Si-O键，而氧只需打破两个Si-O键。因此氧的运动比硅容易，所以硅在SiO2中的扩散系数比氧的扩散系数小几个数量级。因此,在热氧化法制备SiO2的过程中,是氧化剂穿过SiO2层,到达硅表面与硅反应生成SiO2,而不是硅向SiO2表面运动.

3.二氧化硅掩蔽作用的原理：

杂质在SiO2中的存在形式

SiO2的性质与所含杂质的种类,数量,缺陷等多种因素有关.

概念：

本征二氧化硅：不含杂质的二氧化硅。

非本征二氧化硅：含杂质的二氧化硅。

根据杂质在网络中（晶体中）所处的位置，

可以分为：网络形成者和网络改变者

SiO2在集成电路制造中的重要用途之一就是为选择扩散的掩蔽膜。说SiO2能掩蔽杂质扩散只是把某些杂质在SiO2中的扩散远小于在Si中扩散而忽略而已。实际上，杂质在Si中扩散的同时，在SiO2中也有扩散。

杂质在SiO2中的扩散与在硅中一样，服从扩散规律，即DSiO2=D0exp(-△E/KT)

杂质在SiO2中的扩散系数

B、P、As等常用杂质的扩散系数小，SiO2对这类杂质可以起掩蔽作用

Ga、某些碱金属（Na）的扩散系数大，SiO2对这类杂质就起不到掩蔽作用作为扩散杂质掩

蔽层的SiO2厚度确定对于余误差函数分布情况，杂质在SiO2中扩散深度

式中x为在SiO2中杂质扩入深度，DSiO2为杂质在SiO2中扩散系数。t为扩散时间。C(x)为深度为x时杂质浓度，Cs为表面恒定源浓度。

当C(x)/Cs＝10-3时，可以认为掩蔽成功。将C(x)/Cs＝10-3代入计算得

x为杂质扩入SiO2的深度，亦即作为掩蔽的SiO2最小厚度。从上式可见，x与扩散温度、扩散时间有关，因为温度升高扩散系数DSiO2也增大。

实际应用中，作为掩蔽的SiO2厚度要比x大一些。

4.硅热氧化生长动力学：