硅的晶体结构环境与衬底制备学习教案.pptx
上传人:王子****青蛙 上传时间:2024-09-13 格式:PPTX 页数:65 大小:8.2MB 金币:10 举报 版权申诉
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会计学1.1硅晶体结构的特点(tèdiǎn)硅半导体的结构(jiégòu)晶胞-能最大限度地反应晶体(jīngtǐ)对称性的最小单元。300K时,硅的晶格常数a=5.4305Å,锗的晶格常数a=5.6463Å硅的原子密度:8/a3=5×1022/cm3,锗的原子密度:8/a3=4.42×1022/cm31.2晶向、晶面和堆积(duījī)模型<111>晶面不同晶面上硅原子的分布(fēnbù)不同,可以计算出晶面上单位面积上的原子数-面密度。堆积(duījī)模型双层密排面原生缺陷是晶体生长过程中形成的缺陷。主要有宏观缺陷和微观缺陷两大类。孪晶、裂纹、夹杂、位错、小角度晶界、微缺陷和微沉积等。有害杂质则是会影响晶体性质的杂质或杂质团,主要有受主、施主、重金属、碱金属等。原量生缺陷和有害杂质除影响材料的力学性质、载流子的输运或杂质的扩散行为外,还与加工工艺(gōngyì)中产生的诱生缺陷密切相关。硅晶体中的原生(yuánshēnɡ)缺陷线缺陷(quēxiàn)//位错特点①:引起晶格畸变,在晶体内形成应力场。应力场容易聚集(jùjí)杂质原子,特别是有害杂质原子。形成一个稳定的杂质沉积体,它们往往是形成微缺陷、外延层错、氧化层错的核心。位错特点②:在外界施加一定能量的情况下,会产生攀移和滑移运动。热处理过程易使位错运动。ⓐ位错存在于器件有源区时,有害杂质的聚集(jùjí)反扩散杂质在位错线上增强扩散形成的导通“管道”将直接影响器件的特性,如击穿电压,pn结反向漏电流等。ⓑ处于有源区以外一定区域中的位错通过吸杂,也可对有源区起“清洁”作用。为避免单晶生长过程中产生位错,防止籽晶中的位错延伸至单晶棒中,因此收颈工艺十分重要的;其次要防止悬浮物或其它异物进入生长界面以及振动或机械冲击,保持固液界面液流和过渡区温度梯度稳定;使晶体冷却速度降低,防止晶体内产生热应力。面缺陷(quēxiàn)与体缺陷(quēxiàn)/(1)杂质条纹是电活性杂质的条纹状缺陷。它们常出现于直拉硅单晶材料中,主要是由于(yóuyú)拉晶中晶体转动时径向热场不对称和熔硅热对流的波动产生的杂质微分凝作用引起的,造成晶体电阻率的微区不均匀性,对器件参数产生严重影响。(2)有害杂质(三类):非金属、金属和重金属。除氧、碳杂质外,非金属杂质还有氢等;金属杂质有钠、钾、钙、铝、锂、镁、钡等;重金属杂质有金、铜、铁、镍等。氧和碳杂质:当氧进入硅单晶,它处于硅晶格的间隙(jiànxì)位置,形成Si-O-Si结构,它对硅的电学性质没有明显影响。但是,一旦经过热处理,则发生下列反应:电活性中间产物对硅的电学特性有影响。[SiO4]+基团是施主中心,其能级位于导带下0.13eV和0.3eV。温度升高至(600-800℃),[SiO4]+消失,又出现与二氧化硅相结合的强烈依赖于碳的施主态带电复合体。在更高的温度下,二氧化硅析出,形成二氧化硅沉淀。采用650℃以上的高温对单晶进行退火,并急速冷却通过400-450℃,有助于消除电活性热施主中心。硅中氧易聚集金属杂质,使材料呈现较大的伪寿命,一旦经过热处理,材料呈现较小的真实寿命。氧的沉积还会引起氧化诱生堆垛层错,影响硅器件的特性,如阔值电压、饱和压降、电流放大系数、特征频率等。硅中氧的含量和氧沉积团的形态对硅单晶的力学性质有明显影响。氧含量较高时,机械强度随氧含量的升高而降低;在氧含量较低时,机械强度则随氧含量的升高而增强。碳在硅中以非电活性的替位形式存在。高氧含量容易产生碳沉积,并形成电活性的碳化硅。另外,碳的沉积是旋涡缺陷产生的因素之一,碳在硅中还会减小硅的晶格常数,引起晶格畸变,使器件产生大的漏电和击穿(jīchuān)电压下降。②重金属杂质重金属杂质在硅中行为较为复杂,重金属杂质中对硅单晶影响最严重的是铁、铜,这些有害杂质来源于单晶炉和熔硅原料,它们除引入复合中心、减小载流子寿命外,还容易在位错、微缺陷和氧沉积团处聚集,形成重金属杂质沉积线或沉积微粒,使器件产生等离子体击穿、pn结漏电“管道”等现象。③金属杂质钠、钾等碱金属杂质是半导体器件制造中最忌讳的有害杂质。这类杂质由于离子半径较小,一般处于硅中间隙位置(wèizhi),会在硅单晶中引入浅能级中心,参与导电。而微量的铝杂质引入,会对n型材料的掺杂起补偿作用。由于单晶材料的质量还无法完美地满足微电子器件的要求,加之材料中的缺陷和有害杂质是工艺诱生缺陷的主要核化中心,因此必须通过单晶生长过程中的质量控制和后续处理来提高(tígāo)单晶的质量,使单晶材料趋于完美。减少单晶材料缺陷和有害杂质的后续处理方法通常采用吸除技术。吸除技术主要有物理吸除、溶解度增强吸除和化学吸除。目前应用最广泛的是物理吸除。物理吸除的基本过程:在高温中,将晶体缺陷和杂质