第一章襯底制備主講：毛維西安電子科技大學微電子學院第一章襯底制備1.1襯底材料1.1.1襯底材料的類型1.元素半導體Si、Ge、C〔金剛石〕2.化合物半導體GaAs、SiGe、SiC、GaN、ZnO、HgCdTe3.絕緣體藍寶石表1周期表中用作半導體的元素 Ⅱ族 Ⅲ族 Ⅳ族 Ⅴ族 Ⅵ族 第2周期 B C N 第3周期 Al Si P S 第4周期 Zn Ga Ge As Se 第5周期 Cd In Sn Sb Te 第6周期 Hg Pb 元素半導體Si：①占地殼重量20%-25%；②單晶直徑最大，目前16英吋〔400mm〕,每3年增加1英寸；③SiO2作用:掩蔽膜、鈍化膜、介質隔離、絕緣介質〔多層布線〕、絕緣柵、MOS電容的介質材料；④多晶硅〔Poly-Si〕：柵電極、雜質擴散源、互連線〔比鋁布線靈活〕；元素半導體第一章襯底制備1.1.2對襯底材料的要求1.導電類型：N型與P型都易制備；2.電阻率：10-3–108Ω·cm，且均勻性好〔縱向、橫向、微區〕、可靠性高〔穩定、真實〕；3.壽命〔少數載流子〕：晶體管—長壽命；開關器件—短壽命；4.晶格完整性：無位錯、低位錯〔<1000個/cm2〕；第一章襯底制備1.2單晶的制備1.2.1直拉法〔CZ法〕1.拉晶儀構成：①爐體②拉晶裝置③環境控制④電子控制及電源系統柴可拉斯基拉晶儀1.拉晶儀①爐體石英坩堝：盛熔融硅液；石墨基座：支撐石英坩堝；加熱坩堝；旋轉裝置：順時針轉；加熱裝置：RF線圈；②拉晶裝置籽晶夾持器：夾持籽晶〔單晶〕；旋轉提拉裝置：逆時針；③環境控制真空系統：氣路系統：提供惰性氣體；排氣系統：④電子控制及電源系統2.拉晶過程例，2.5及3英寸硅單晶制備①

熔硅調節坩堝位置；本卷須知：熔硅時間不易長；②

引晶〔下種〕籽晶預熱：位置---熔硅上方；目的---防止對熱場的擾動太大；與熔硅接觸：溫度太高---籽晶熔斷；溫度太低---過快結晶；適宜溫度--籽晶與熔硅可長時間接觸，既不會進一步融化，也不會生長；2.拉晶過程③收頸

目的：抑制位錯從籽晶向晶體延伸；直徑：2-3mm；長度：>20mm；拉速：3.5mm/min

④放肩溫度：降15-40℃；拉速：0.4mm/min；2.拉晶過程⑤收肩當肩部直徑比所需直徑小3-5mm時，提高拉速：拉速：2.5mm/min；⑥等徑生長拉速：1.3-1.5mm/min；熔硅液面在溫度場保持相對固定；⑦收尾熔硅料為1.5kg時，停止坩堝跟蹤。1.2.2懸浮區熔法〔float-zoneFZ法〕1.2單晶的制備1.2單晶的制備1.2.2懸浮區熔法特點：

①可重復生長、提純單晶；②無需坩堝、石墨托，污染少，純度較CZ法高；③

FZ單晶：高純、高阻、低氧、低碳；缺點：

單晶直徑不及CZ法。1.2單晶的制備1.2.3水平區熔法〔布里吉曼法〕--GaAs單晶1.3襯底制備襯底制備包括：整形、晶體定向、晶面標識、晶面加工。1.3.1晶體定向晶體具有各向異性器件一般制作在不同米勒指數面的晶片上，如雙極器件：{111}面；MOS器件：{100}面。晶體定向的方法1.光圖像定向法〔參考李乃平〕①腐蝕：要定向的晶面經研磨、腐蝕，晶面上出現許多由低指數小平面圍成、與晶面具有一定對應關系的小腐蝕坑；②光照：利用這些小腐蝕坑的宏觀對稱性，正入射平行光反映出不同的圖像，從而確定晶面。1.3.1晶體定向2.X射線衍射法方法：勞埃法；轉動晶體法；原理：①入射角θ應滿足：nλ=2dsinθ；②晶面米勒指數h、k、l應滿足：h2+k2+l2=4n-1〔n為奇數〕；h2+k2+l2=4n〔n為偶數〕。1.3.2晶面標識原理：各向異性使晶片沿解理面易裂開；硅單晶的解理面：{111}

；1.主參考面〔主定位面，主標志面〕①起識別劃片方向作用；②作為硅片〔晶錠〕機械加工定位的參考面；③作為硅片裝架的接觸位置，可減少硅片損耗；2.次參考面〔次定位面，次標志面〕識別晶向和導電類型1.3.2晶面標識1.3.2晶面標識1.3.3晶片加工切片、磨片、拋光1.切片將已整形、定向的單晶用切割的方法加工成符合一定要求的單晶薄片。切片根本決定了晶片的晶向、平行度、彎曲度，切片損耗占1/3。1.3.3晶片加工1.3.3晶片加工2.磨片目的：①

使各片厚度一致；②

使各硅片各處厚度均勻；③

改善平整度。

磨料：①

要求：其硬度大于硅片硬度。②

種類：Al2O3、SiC、ZrO、SiO2、MgO等1.3.3晶片加工3.拋光目的：進一步消除外表缺陷，獲得高度平整、光潔及無損層的“理想〞外表。方法：機械拋光、化學拋光、化學機械拋光〔CMP,chemical-mechanicalpolishing〕①機械拋光:與磨片工藝原理相同，磨料更細〔0.1-0.5μm〕，MgO、SiO2、ZrO；優點：外表平整；缺點：損傷層深、速度慢。1.3.3晶片加工②化學拋光〔化學腐蝕〕a.酸性腐蝕典型配方：HF:HNO3:CH3COOH=1:3:2(體積比)3Si+4HNO3+18HF=3H3SiF6+4NO↑+8H2O注意腐蝕溫度：t=30-50℃,外表平滑；t<25℃,外表不平滑。1.3.3晶片加工b.堿性腐蝕：KOH、NaOH特點：1〕適于大直徑〔>75mm〕;2〕不需攪拌；3〕外表無損傷。缺點：平整度差1.3.3晶片加工③化學機械拋光〔CM