硅晶体结构

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1.3 切克劳斯基（CZ）晶体生长方法 1.3.1 晶体生长理论 分凝系数：公式 表1－1 硅中普通杂质的分凝系数
杂质 K0
AL
As
B
C
Cu
Fe
O
P
Sb
0.002
0.3
0.8
0.07
0.0004
0.000008
1.25
0.35
0.023
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第一章 硅晶体结构
• 1.2.5 杂质在硅晶体中的溶解度 • 杂质在硅中的两种存在方式：填隙式、替位式。 • 引入杂质缺陷的目的：改变导电特性
图1－4 间隙式固溶体和替位式固溶体
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第一章 硅晶体结构
• 硅晶体中不同的晶向和晶面上的原子排列情 况是不同的,不同的排列对器件的制造有着重 要的影响
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第一章 硅晶体结构
• 1.2 硅晶体中的缺陷和杂质 • 1.2.1 点缺陷 点缺陷：间隙原子、空位、肖特基缺陷 • 1.2.2 线缺陷 线缺陷：刃位错、螺位错 • 1.2.3 面缺陷和体缺陷
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第一章 硅晶体结构
• 三段内吸除工艺： • 第一阶段:处理温度1100～1200℃,5～10h， 整个材料处于均匀状态，氧外扩散到外表面。 • 第二阶段:低温热处理，750℃、5~30h，形 成小核并慢速成长。 • 第三阶段:1000℃下加热数小时，大核继续 生长。 • CVD法沉积氮化硅作为坩锅材料，能去除单 晶硅中的氧。
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第一章 硅晶体结构
1.4 硅的整形 1.4.1 整形加工 1 外圆研磨 2 内圆切片 3 边缘倒角
1.4.2 腐蚀 1.4.3 抛光
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第一章 硅晶体结构
• 2.为了降低成本，硅圆片的直径越来越大 (1) 硅片电参数径向均匀性问题 (2) 硅片平整度问题 • 3.集成电路的器件结构越来越趋向硅圆片浅表层 • 4.集成电路越来越普遍的采用低温工艺
• 5. 金属和介质薄膜淀积的层次越来越多
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第一章 硅晶体结构
• 1.2.4 硅中的杂质 • 施主杂质：磷（P） 受主杂质：硼（B）
图1－3 a）本征硅 b）具有施主杂质磷的N型硅 c）具有受主杂质硼的P型硅
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第一章 硅晶体结构
单 晶 生 长 机 的 示 意 图
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第一章 硅晶体结构
• 1.3.3 杂质和缺陷的考虑 • 缺陷的优缺点：缺陷可以作为快速扩散杂质的吸除 点、源，但这些缺陷一旦遇到器件结构部位将产生 严重后果。 • 氧缺陷去除方法：外表面的机械损伤(外吸除)和体内 氧化物颗粒(内吸除) 1 硅中的外吸除:有意识的造成高密度的但较浅的晶 格畸变，在器件热过程的前期使应力的弛豫变成层 错和位错环，以便提高吸除能力。 2 硅中的内吸除：CMOS工艺中到高含量的衬底， 常遇到热施主这就需要进行阈值电压调整。
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第一章 硅晶体结构
• 1.1 硅晶体的结构的特点
特点：金刚石结构,最近邻原子间距2.35A 空间利用率34%
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第一章 硅晶体结构
• 硅晶体是由两套面心立方格子沿对角线位移 四分之一长度套构而成的 • 硅晶体的晶格是复式晶格;因为晶格中有两种 不等价原子
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第一章 硅晶体结构
• 1.3.2 晶体生长规范 • 单晶体生长方法:悬浮区熔硅 • 碳对硅质量的影响：高碳含量与击穿电压的降低， 及整流二极管漏电流的增加有关，低含碳量仍对漏 电性能有影响。
• 实际生产对硅片质量的要求：直径大，一致性好， 在均匀性、掺杂剂、杂质、点缺陷沉淀、清洁表面 特性以及测试方法符合规范要求。
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第一章 硅晶体结构
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1.4.1 小结与展望
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集成电路的发展对硅片的要求：
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
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