第一章-晶体生长和外延演示教学
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《大规模集成电路制造工艺》共价键金刚石结构四面体二维空间结构简图拉晶过程1. 熔硅将坩埚内多晶料全部熔化;2. 引晶将籽晶下降与液面接近,使籽晶预热几分钟,俗称“烤晶”,以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击。
当温度稳定时,可将籽晶与熔体接触,籽晶向上拉,控制温度使熔体在籽晶上结晶;3.收颈指在引晶后略为降低温度,提高拉速,拉一段直径比籽晶细的部分。
其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶内原有位错的延伸。
颈一般要长于20mm。
拉晶过程4.放肩缩颈工艺完成后,略降低温度(15-40℃),让晶体逐渐长大到所需的直径为止。
这称为“放肩”。
拉晶过程5.等径生长:当晶体直径到达所需尺寸后,提高拉速,使晶体直径不再增大,称为收肩。
收肩后保持晶体直径不变,就是等径生长。
此时要严格控制温度和拉速。
拉晶过程6.收晶:晶体生长所需长度后,拉速不变,升高熔体温度或熔体温度不变,加快拉速,使晶体脱离熔体液面。
拉晶过程300 mm (12inch )和400 m (16inch )的硅晶锭Csse C C k s0=l C k C (0)悬浮区熔工艺:(a )结构图,(b )掺杂评估所用的简单模型不同的k e 下,掺杂浓度和凝固区长度的函数关系图不同的悬浮区熔通过次数相对杂质浓度与区带长度的关系单就一次提纯的效果而言,直拉法的去杂质效果好直拉法生长单晶的特点优点:所生长单晶的直径较大, 成本相对较低;通过热场调整及晶转, 埚转等工艺参数的优化,可较好控制电阻率径向均匀性缺点:石英坩埚内壁被熔硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响, 易引入氧碳杂质, 不易生长高电阻率单晶.改进直拉法—磁控直拉技术原理:在直拉法单晶生长的基础上对坩埚内的熔体施加磁场,由于半导体熔体是良导体, 在磁场作用下受到与其运动方向相反作用力,于是熔体的热对流受到抑制。
除磁体外, 主体设备如单晶炉等并无大的差别。
优点:减少温度波动;减轻熔硅与坩埚作用;降低了缺陷密度, 氧的含量;使扩散层厚度增大;提高了电阻分布的均匀性。
第六章一、概念解释晶体生长学:研究晶体生长过程及其涉及的物理化学原理、实验设计等内容。
均匀成核:在体系内任何部位成核率相等。
非均匀成核:在体系中存在的外来质点(尘埃,固体颗粒,籽晶等),在外来质点上成核。
晶核:成为结晶生长中心的晶胚。
临界半径:体系自由能由升高到降低转变时所对应的晶核半径。
成核速度:在单位时间内,单位体积中所形成的核的数目称为成核速度。
二、填空题1、均匀成核是指在一个体系内,各处成核概率相等,这要克服相当大的表面势垒,即需要相当大的过冷度才能成核。
2、晶体形成的方式有气相转变为晶体、液相转变为晶体、固相转变为晶体。
3、影响晶体生长的外部因素有涡流、温度、杂质、结晶速度、粘度。
4、晶体的熔体生长过程中的热量输送主要包括辐射、传导、对流。
5、晶体在溶液中生长的质量输送方式为扩散,扩散的驱动力为溶液的浓度梯度。
6、晶体在溶液中生长的动量输送表现为流体的内部磨擦作用。
7、从熔体中生长单晶体的方式有直拉法、区熔法、外延法。
8、从低温溶液中生长单晶的方法有降温法、蒸发法、凝胶法。
三、论述题1、化学气相沉淀法的优缺点答:优点:(1)所得的薄膜或材料一般纯度很高,致密性好,且容易形成结晶定向好的材料、广范用于高纯材料和单晶材料的制备;(2)能在较低温度下制备难溶物质;(3)适应性广,便于制备各种单质或化合物材料以及各种复合材料。
缺点:(1)需在高温下反应,衬底温度高,沉积数率较低;(2)参加沉积反应的源和反应后的余气都有一定的毒性,因此应用不如真空蒸发镀膜和溅射镀膜广泛。
2、为什么再杂质容器壁上容易成核答:成核是一种相变过程,即母液中形成固相小晶芽的过程。
成核需要界面杂质和容器壁正好提供了界面,杂质越多,容器面越大,界面则越大。
成核过程也是越垒过程,越过垒才可以进行晶体生长,容器正是这个垒,所以在杂质、容器上更容易成核。
3、为什么人工合成晶体要放籽晶答:晶体需要晶核才能形成,籽晶正是晶体的晶核,晶体很小时表面能大于自由能,而籽晶能克服界面能,所以人工合成需要籽晶。