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第一章 衬底材料 1、三种单晶制备方法的特点和用途比较 直拉法（引晶，缩颈，放肩，等径生长，收晶） 基本原理：将多晶硅在真空或惰性气体保护下加热，使多晶硅熔化，然后利用籽晶来拉制单晶硅。单晶生长过程实际上是硅由液相?固相的转化过程。该转化过程实现的条件：液相-固相界面附近存在温度梯度(dT/dz)。 区熔法（悬浮区熔法：多晶硅棒和籽晶粘在一起后竖直固定在区溶炉上、下轴之间； 水平区熔法：多晶硅棒和籽晶粘在一起后水平固定在区溶炉左、右轴之间） 基本原理：将籽晶与多晶硅棒紧粘在一起，利用分段熔融多晶棒，在溶区由籽晶移向多晶硅棒另一端的过程中，使多晶硅转变成单晶硅。 中子嬗变掺杂法：利用热中子（即低能中子）对高阻单晶进行辐照，从而使其电阻率发生改变的方法。主要用来对高阻区熔单晶电阻率的均匀性进行调整。 三种单晶制备方法的比较 方法 C、O含量 直径 电阻率大小 电阻率均匀性 用途 直拉法 较高 大 低 径向、轴向均匀性很差 制作VLSI 区熔法 较低 较小 高 径向、轴向均匀性较差 制作PowerDevice 中子嬗变法 不变 不变 可调 较好 调整电阻率 硅中有害杂质的分类、存在形式及其影响 非金属 主要有C、O、H原子。 重金属 主要有Au、Cu、Fe、Ni原子。 金 属 主要有Na 、K、Ca、Al、Li、Mg、Ba 原子等。 分类 种类 存在形式 主要影响 影响器件的特性参数(UT,β,Usat,fT)；影响硅单晶的力 O 间隙位置 学性质(降低其机械强度)；有源区外的氧有利于吸收附 非金属 近的重金属杂质,增强硅器件抗α粒子辐射的能力。 C 替位位置 影响硅器件的电学性质(IR↑，UB↓)；会减小硅的晶 格常数，引起晶格畸变； 间隙90% 有多个能级和双重电活性(受主或施主)或复合 重金属 Au 替位10% 中心, 影响硅的电阻率(ρ)和寿命(τ)； 有效的复合中心 影响较严重，除影响τ, ρ外，易在缺陷处形成杂 Cu Fe 深能级 质线和沉积微粒，使器件产生等离子击穿、 PN结漏电“管道”等现象 金属 Na,K 间隙位置 参与导电、影响器件的电学特性； Al Al会对N型材料的掺杂起补偿作用,使ρ↑ 硅中杂质吸除技术的分类，四种非本征杂质吸除方法的原理。 物理吸除（本征吸除，非本征吸除），化学吸除 物理吸除: 在高温过程中，将晶体缺陷和杂质沉积团解体，并以原子态溶于晶体中，然 后使它们运动至有源区外，或被俘获或被挥发。 本征吸除: 用多步热处理方法在硅片内引入一些缺陷，以此吸除在表面附近的杂质和缺 陷, (无外来加工) 。 非本征吸除: 对硅片施以外来加工进行析出的方法。 ①背面损伤吸除: 通过(喷砂、离子注入、激光辐照等)在晶片背面引入损伤层，经过处 理，损伤层在背面诱生大量位错缺陷，从而将体内有害杂质或微缺陷吸引至背面。 ②应力吸除：在晶片背面沉积氮化硅、多晶硅薄膜等引入弹性应力，在高温下，应力场 使体内有害杂质和缺陷运动至应力源处，从而“清洁”晶片体内。 ③扩散吸除：在背面或有源区外进行杂质扩散，利用杂质原子与硅原子半径的差异引入 大量失配位错，从而达到将有害杂质和缺陷聚集于失配位错处，消除有源区缺陷的目的 ④组合吸除: 在硅片背面沉积PSG和BSG，在高温下处理，高浓度的P和B向晶片内 部扩散，引入失配位错；同时硅和PSG，BSG膨胀系数不匹配引入应力场，在双重因 素的作用下，达到吸除有害杂质和缺陷的目的。 晶面标识的目的、方法，晶面主参考面、次参考面的作用，硅片主、次参考面取向标志的识别。 晶面标识目的：为了加工时识别晶片的晶向和导电