[信息与通信]集成电路工艺基础——01 硅的晶体结构.pptVIP

第一章 硅的晶体结构与单晶生长 第一章 硅的晶体结构与单晶生长 1.1 硅晶体结构的特点 1.2 晶向、晶面和堆积模型 1.3 硅晶体中的缺陷 1.4 硅中的杂质 1.5 杂质在硅晶体中的溶解度 1.6 硅单晶生长 1.1.2 原子密度 顶角：1/8 ； 面心：1/2 ；体心：4 一个硅晶胞中的原子数: 8*1/8+6*1/2+4=8 每个原子所占空间体积为：a3/8 硅晶胞的原子密度: 8/a3=5×1022/cm3 锗晶胞的原子密度: 8/a3=4.425×1022/cm3 1.1.3 共价四面体 一个原子在正四面体的中心，其它四个同它共价的原子位于正四面体的顶点，这种四面体称为共价四面体。 最小原子间距：即正四面体中心原子到顶角原子的距离，即晶胞对角线长的四分之一。 1.1.4 晶体内部的空隙 硅原子半径： rsi= =1.17? 硅原子体积: 单位原子在晶格中占有的体积： 空间利用率：硅原子体积/单位原子在晶格中占有的体积 约为34% §1.2晶向、晶面和堆积模型 1.2.1 晶向 晶列：晶格中的原子处在的一系列方向相同的平行直线系上 晶向：一族晶列所指的方向，可由连接晶列中相邻格点的矢量的方向来标记。 晶向指数：[m1,m2,m3];m1,m2,m3 原子线密度：原子个数/单位长度 不同 晶向氧化速率、腐蚀速率不同 110方向上的原子线密度最大 晶向的表示方法 1.2.2 晶面 晶面：晶格中的原子处在的一系列彼此平行的平面系 晶面方向：晶面的法线方向，可由相邻的两个平行晶面在坐标轴上的截距的倒数来标识。 晶面指数：(h1,h2,h3）;{h1,h2,h3} 原子面密度：原子个数/单位面积 （110）面上的原子密度最大 硅片鉴别方法（SEMI标准） 1.2.4 双层密排面 双层密排面特点： 密排面面内原子结合力强，面间结合力弱 金刚石晶面性质： 1.由于{111}双层密排面面内原子结合力强，面间结合力弱，故晶体易沿{111}解理面劈裂 2.面内原子结合力强，化学腐蚀比较困难和缓慢，所以腐蚀后容易暴露在表面上 3.由于{111}双层密排面之间距离很大，结合力弱,晶格缺陷易在面间形成和扩展 4.面内原子结合力强，能量低，晶体生长中有生成（111）晶面的趋势 §1.4 硅中的杂质 1.4.1 导体、半导体和绝缘体 导体、半导体和绝缘体 电阻率区分：导体 10-10 Ω· cm；绝缘体 108 ～1012 Ω· cm； 半导体 10-6 ～10 Ω· cm 半导体？ 温度升高使半导体导电能力增强，电阻率下降 适当波长的光照可以改变半导体的导电能力 半导体电阻率的高低与所含杂质浓度密切相关 §1.4 硅中的杂质 本征半导体：不掺杂的半导体 本征半导体中的载流子 通过热激发产生的电子和空穴对（与温度有关） 参考P14图1.17 Si和 GaAs中本征载流子浓度与温度的关系 实际使用的半导体：在纯净的半导体中掺入某些杂质，使它的导电能力和导电类型改变。 改变的原因：掺杂半导体中某种载流子浓度大大增加 参考P15图1.18 电阻率与杂质浓度的关系 掺杂半导体 杂质补偿 定义：不同类型杂质对导电能力相互抵消的现象 对导电类型和导电能力的影响？ 实际应用？ PN 结 在一块半导体中，一部分掺入N型杂质，另一部分掺入P型杂质，那么在两种杂质浓度相等处就形成P-N结。 制造器件和集成电路的基础 掺杂半导体 杂质类型： 施主、受主： 硼、磷等 特殊杂质：金（扩散速率快，作为寿命控制杂质） 玷污杂质：碳、氧 碳 会导致p-n结的过早击穿 氧 生成络合物，起施主作用 §1.5 杂质在硅中的溶解度 杂质在硅中的溶解度是集成电路和器件的制造过程中选择杂质的重要依据。 固溶体：元素B溶入元素A中后仍保持元素A的晶体结构，那么A晶体称为固溶体。 固溶度：杂质在晶体中的最大溶解度 §1.5 杂质在硅中的溶解度 固溶体分类： 替位式固溶体 杂质占据格点位置 形成替位式固溶体必要条件： 溶质原子半径的大小接近溶剂原子半径，若溶质原子半径与溶剂原子半径相差大于15%，则可能性很小。 （几何有利因素） 连续固溶体（一种物质可无限溶解于另一种物质中） 需为替位式固溶体，且溶剂和溶质原子外部电子壳层结构相似 大部分施主和受主杂质都与硅形成替位式固溶体 间隙式固溶体 杂质存在间隙中 施主（受主）杂质的溶解度，将随晶体中的受主（施主）杂质含量的增加而增大 某种施主（受主）杂质的存在会导致其它施主（受主）杂质的溶解度的下降 选择杂质的依据