硅的晶体结构环境与衬底制备.pptVIP

1.5杂质在硅晶体中的溶解度第30页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.6微电子加工环境1.6.1环境对成品率的影响1.6.2超净空间环境要求1.6.3超纯水1.6.4超纯气体和超纯试剂1.7衬底材料1.7.1IC与硅材料1.7.2大直径单晶制备1.8衬底制备1.8.1单晶的整形和定向1.8.2晶片加工第31页，共66页，星期日，2025年，2月5日微电子加工环境是指微电子产品在加工过程中所接触的除单晶材料、加工设备及加工技术之外的一切物质。微电子器件加工水平进入亚微米阶段后,不仅涉及到微细加工等各种高、精、尖技术,而且对加工环境也提出了十分苛刻的要求。任何尘埃(200－300mm硅单晶片在22mm×22mm区域里,尺寸≥1μm颗粒物要控制在0.2个/cm2）、杂质团都将破坏加工图形，产生加工缺陷，任何有害离子(如Na+）的引入,都有可能改变器件特性,影响器件的可靠性。微电子加工技术,除工艺的精细化、材料的超纯化、设备的精密化特征外,加工环境的超净化成为产品的性能和质量的一个重要保障。1.6微电子加工环境第32页，共66页，星期日，2025年，2月5日芯片成品率与晶片有效面积、平均缺陷面密度的关系：1、净化空气2、洁净加工工具和传输系统3、超纯试剂、气体4、低温处理5、减少来自加工人员的污染Πδ＝exp(-SDA）SD－平均缺陷密度A－晶片有效面积减小缺陷的措施：1.6.1环境污染对成品率的影响第33页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.6.2超净空间环境要求超净空间环境包括对空气、人员、设备、工具等引入加工空间的尘埃、油脂、烟雾等任何可动微粒的要求。（1）净化标准衡量空间环境洁净程度的主要技术指标是洁净度等级,我国将洁净室空气洁净度分为四个等级。随着微电子加工进入亚微米尺度，对加工环境提出了更高的要求。主要体现在,对尘粒粒径要求按0.1μm计数，增加l级和10级洁净度等级(每立方米空气中计数粒子数分别小于35个和350个）。VLSI工艺中，光刻、制版等加工,洁净度一般为10级。第34页，共66页，星期日，2025年，2月5日（2）净化及净化设备净化环境的主要措施是净化进入加工空间的空气及避免人员及设备将尘埃带入加工空间。洁净环境主要有洁净室和局部净化区两种形式。净化空气的过程有过滤、驱赶、收集尘埃几个步骤。洁净室按气流方式可分为:垂直层流式、水平层流式和乱流式。局部净化是指在加工空间的某一区域进行净化处理,以便实现局部环境的高度洁净。局部净化设施主要有:净化工作台、净化通道、风淋室等。洁净室空气净化系统构成第35页，共66页，星期日，2025年，2月5日第36页，共66页，星期日，2025年，2月5日超纯水：杂质含量极低的水。主要用于清洗和化学试剂的配制，主要用于晶片、石英器皿、夹具等的清洗以及化学试剂的配制，是微电子加工必不可少的辅助材料。并随微电子加工尺寸的缩小，要求越来越高。制备方法：离子交换、电渗析和反渗透。1.6.3超纯水第37页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.6.4超纯气体及化学试剂（1）超纯气体气体中的有害杂质除污染晶片外,更为严重的是会破坏器件结构。例如,氧化过程中,氧气中氮含量过高,将导致在预定时间内生成的氧化层偏薄,使氧化层耐压下降等现象产生。微电子加工最常用的化学气体有氧、氮、氢、氩四种气体。还使用一些特殊气体，例如硅烷、磷烷、四氟化碳、氨气、氯化氢等,在这些气体中的有害杂质含量只能在10-6数量级。气体纯度：VLSI加工中,外延用氢气纯度高达99.99999%。在使用前，化学气体还需就地进一步提纯。提纯方法：分子筛、催化剂、玻璃滤球等对气体过滤、去杂；气体管道、连接附件采用不锈钢管、氟橡胶密封圈等。第38页，共66页，星期日，2025年，2月5日（2）化学试剂纯度要求化学试剂的纯度分为化学纯、分析纯、优级纯(特级纯〉、电子纯和MOS纯。微电子加工用的超纯试剂一般为电子纯和MOS纯。这一类试剂中不溶性杂质、重金属杂质、碱金属杂质含量极低,甚至低达10-9数量级。试剂纯度与盛放容器有关，一般用聚乙烯、聚四氟乙烯或高纯石英器皿、夹具。第39页，共66页，星期日，2025年，2月5日1.7.1衬底材料集成电路的衬底材料主要有:①元素半导体,如硅、锗；②化合物半导体,如砷化镓、磷化铟；③绝缘体,如蓝宝石、尖晶石等。但硅单晶材料仍然是目前最主要的衬