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晶圆生成与光刻工艺

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan晶圆生成与光刻工艺目录1.晶圆生成2.光刻工艺

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan多晶硅的制备多晶硅的制备微电子工业使用的硅，是采用地球上最普遍的原料﹣﹣石英砂(也称硅石)制备而成石英砂的主要成分是二氧化硅石英砂通过冶炼得到冶金级硅(MetallurgicalGradeSilicon,MGS)，再经过一系列提纯得到电子级硅(ElectronicGradeSilicon,EGS)，电子级硅是高纯度的多晶硅

1.冶炼PART1

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan1.冶炼冶炼是将石英砂及木炭或其他含碳物质(如煤、焦油等)放于熔炉加热，发生还原反应，得到硅硅的质量分数在98%~99%，称为冶金级硅冶金级硅也称粗硅或硅铁粗硅中主要含有铁、铝、碳、硼、磷、铜等杂质这种纯度的硅是冶金工业用硅，微电子工业用硅只占其中的不到5%

2.提纯PART2

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan2.提纯粗硅的提纯是一系列物理化学过程因为硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯一般用酸洗的方法酸洗是一种化学提纯方法，是将冶金级硅至于流床(FluidizedBed)反应器中，如图2.18所示，通入HCI气体或氯气作为氧化剂将硅转化形成SiHCl3,，去除粗硅中的铁、铝等主要金属杂质，初步提纯后，硅的纯度可达99.7％以上进一步的提纯一般采用蒸馏方法蒸馏提纯是一种物理提纯方法，是将低沸点反应物SiHCl3置于蒸馏塔中，利用液态物质沸点不同去除其他杂质的反应，其过程可以用下式表示Si+3HCI-SiHCl2+H2冷凝SiHCI,(l)

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan2.提纯上述过程可用下式表示为SiHCl3(1)+H2(g)=Si(s)+3HCl(g)(2.21)另外，还可以采用硅烷还原法作为酸洗硅的进一步提纯方法首先将酸洗过的硅和氢气反应生成硅烷SiH4,SiH4常温下是气态，易于纯化，纯化SiH4后，加热使其分解，获得电子级高纯度多晶硅制备出的电子级高纯度多晶硅中仍然含有十亿分之几的杂质微电子制造工艺最为关注的杂质是受主杂质硼和施主杂质磷，以及含量最多的碳硼和磷的存在，降低了硅的电阻率，用来制备本征单晶硅时一定要去除而碳在硅中虽然不是电活性杂质，但它在制备硅单品时，在硅中呈非均匀分布，会引起显著的局部应变，使工艺诱生缺陷成核，造成电学性质恶化

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan2.提纯NEXT电子级纯度硅中，硼杂质含量小于十亿分之一，磷杂质含量小于十亿分之一

杂质含量越少，制备的单晶硅锭的纯度就越高，晶格才能越完整

单晶硅生长

单晶材料的制备主要有三种方式：第一种是由固态多品或非晶材料经高温高压处理，使其转变为单品材料，如用石墨制造人工金刚石

第二种是用过饱和溶液制备单晶材料，溶质过饱和结晶析出为单品材料，如蒸发海水得到的晶体氯化钠颗粒

第三种是熔融体冷凝结晶形成单晶材料

单晶硅的制备采取第三种方式

直拉法

早在1918年，切克劳斯基(J.Czochralski)从熔融金属中拉制出了金属细灯丝

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan2.提纯受此启发，在20世纪50年代初期，蒂尔(G.K.Teal)和里特尔(J.B.Little)采用类似的方法从熔融硅中拉制出了单晶硅锭，开发出直拉法生长单晶硅锭技术目前，微电子工业使用的单晶硅绝大多数是采用直拉法制备的在单品炉内通入惰性气体(如Ar)，可以避免拉制出的单晶硅被氧化、沾污，并可通过在惰性气体中掺入杂质气体的方法来给单晶硅锭掺杂将电子级的多晶硅放入坩埚中，加热使其熔融，用一个卡具夹住一块适当晶向的籽晶，悬浮在坩埚上拉单晶时，先将籽晶的另一端插入熔融硅中，直至熔接良好

YourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompanyYourCompan2.提纯然后，缓慢地向上提拉，硅锭的熔体／晶体界面处，熔体冷凝结晶转变成晶体硅锭被拉出时，边旋转边提拉，而坩埚则是向相反方向旋转(1)单晶生长原理直拉法生长单晶硅的原理实际上是相变过程将坩埚