第三章 晶园制备
3.1 概述在这一章里,主要介绍沙子转变成晶体,
以及晶园和用于芯片制造级的抛光片的生产步骤 。
高密度和大尺寸芯片的发展需要大直径的晶园,最早使用的是 1英寸,而现在 300mm直径的晶园已经投入生产线了 。 因为晶园直径越大,单个芯片的生产成本就越低 。 然而,直径越大,晶体结构上和电学性能的一致性就越难以保证,这正是对晶园生产的一个挑战 。
3.2 晶体生长半导体材料都是由构成其成分的原子规律排列而成,通常把这种原子规律排列而成的材料称为单晶 。 而它是由大块的具有多晶结构和未掺杂的本征材料生长得来的 。 把多晶块转变成一个大单晶,并给予正确的定向和适量的 N
型或 P型掺杂,叫做晶体生长 。 有三种不同的生长方法,直拉法 区熔法 液体掩盖直拉法
3.2.1 直拉法大部分的单晶都是通过直拉法生长的。生产过程如图所示。
特点,工艺成熟，
能较好地拉制低位错、大直径的硅单晶。缺点是难以避免来自石英坩埚和加热装置的杂质污染。
旋转卡盘籽晶生长晶体射频加热线圈熔融硅
3.2.2 液体掩盖直拉法此方法主要用来生长砷化镓晶体,
和标准的直拉法一样,只是做了一些改进 。 由于熔融物里砷的挥发性通常采用一层氧化硼漂浮在熔融物上来抑制砷的挥发 。 故得其名,如图所示 。
籽晶晶体砷化镓熔化物氧化硼层
3.2.3 区熔法主要用来生长低氧含量的晶体,
但不能生长大直径的单晶,并且晶体有较高的位错密度 。 这种工艺生长的单晶主要使用在高功率的晶闸管和整流器上,生长系统如图所示 。
通入惰性气体惰性气体
（氩气）
上卡盘多晶硅棒下卡盘熔融区籽晶滑动射频线圈行进方向
几种工艺的比较
3.3 晶体缺陷及对器件质量的影响缺陷主要有,点缺陷 位错 (原生的和诱生的 )
点缺陷主要来源于晶体内杂质原子的挤压晶体结构引起的应力所产生的缺陷,还有就是空位 (晶格点阵缺少原子所制 )。 如图所示位错位错是单晶内部一组晶胞排错位置所制 (如图所示 )..
原生位错 是晶体中固有的位错,而 诱生位错 是指在芯片加工过程中引入的位错,其数量远远大于原生位错 。 产生的原因大致可分为三个方面
高温工艺过程引入的位错
掺杂过程中引入的位错
薄膜制备过程中引入的位错无论是天生的还是诱生的缺陷对器件特性都是不利的,因此在芯片制造过程中都应该尽量避免 。
穴位
3.4 晶片加工晶片加工是指将单晶棒经过切片,磨片,抛光等一系列的工序加工成用来做芯片的薄片 。
切片 在切片前还要滚磨整形,晶体定向,确定定位面,等一系列的加工处理 。
切片就是用有金刚石涂层的内园刀片把晶片从晶体上切下来 。
磨片 因为用机械的方法加工的晶片是非常粗造的,
如图所示,它不可能直接使用,所以必须去处切片工艺残留的表面损伤 。
磨片 ----是一个传统的磨料研磨工艺之前 之后磨片抛光化学机械抛光
抛光 普通的磨片完成过后硅片表面还有一个薄层的表面缺陷。现在的抛光是机械加化学，经过抛光工艺后使硅片表面真正达到高度平整、光洁如镜的理想表面。
3.1 概述在这一章里,主要介绍沙子转变成晶体,
以及晶园和用于芯片制造级的抛光片的生产步骤 。
高密度和大尺寸芯片的发展需要大直径的晶园,最早使用的是 1英寸,而现在 300mm直径的晶园已经投入生产线了 。 因为晶园直径越大,单个芯片的生产成本就越低 。 然而,直径越大,晶体结构上和电学性能的一致性就越难以保证,这正是对晶园生产的一个挑战 。
3.2 晶体生长半导体材料都是由构成其成分的原子规律排列而成,通常把这种原子规律排列而成的材料称为单晶 。 而它是由大块的具有多晶结构和未掺杂的本征材料生长得来的 。 把多晶块转变成一个大单晶,并给予正确的定向和适量的 N
型或 P型掺杂,叫做晶体生长 。 有三种不同的生长方法,直拉法 区熔法 液体掩盖直拉法
3.2.1 直拉法大部分的单晶都是通过直拉法生长的。生产过程如图所示。
特点,工艺成熟，
能较好地拉制低位错、大直径的硅单晶。缺点是难以避免来自石英坩埚和加热装置的杂质污染。
旋转卡盘籽晶生长晶体射频加热线圈熔融硅
3.2.2 液体掩盖直拉法此方法主要用来生长砷化镓晶体,
和标准的直拉法一样,只是做了一些改进 。 由于熔融物里砷的挥发性通常采用一层氧化硼漂浮在熔融物上来抑制砷的挥发 。 故得其名,如图所示 。
籽晶晶体砷化镓熔化物氧化硼层
3.2.3 区熔法主要用来生长低氧含量的晶体,
但不能生长大直径的单晶,并且晶体有较高的位错密度 。 这种工艺生长的单晶主要使用在高功率的晶闸管和整流器上,生长系统如图所示 。
通入惰性气体惰性气体
（氩气）
上卡盘多晶硅棒下卡盘熔融区籽晶滑动射频线圈行进方向
几种工艺的比较
3.3 晶体缺陷及对器件质量的影响缺陷主要有,点缺陷 位错 (原生的和诱生的 )
点缺陷主要来源于晶体内杂质原子的挤压晶体结构引起的应力所产生的缺陷,还有就是空位 (晶格点阵缺少原子所制 )。 如图所示位错位错是单晶内部一组晶胞排错位置所制 (如图所示 )..
原生位错 是晶体中固有的位错,而 诱生位错 是指在芯片加工过程中引入的位错,其数量远远大于原生位错 。 产生的原因大致可分为三个方面
高温工艺过程引入的位错
掺杂过程中引入的位错
薄膜制备过程中引入的位错无论是天生的还是诱生的缺陷对器件特性都是不利的,因此在芯片制造过程中都应该尽量避免 。
穴位
3.4 晶片加工晶片加工是指将单晶棒经过切片,磨片,抛光等一系列的工序加工成用来做芯片的薄片 。
切片 在切片前还要滚磨整形,晶体定向,确定定位面,等一系列的加工处理 。
切片就是用有金刚石涂层的内园刀片把晶片从晶体上切下来 。
磨片 因为用机械的方法加工的晶片是非常粗造的,
如图所示,它不可能直接使用,所以必须去处切片工艺残留的表面损伤 。
磨片 ----是一个传统的磨料研磨工艺之前 之后磨片抛光化学机械抛光
抛光 普通的磨片完成过后硅片表面还有一个薄层的表面缺陷。现在的抛光是机械加化学，经过抛光工艺后使硅片表面真正达到高度平整、光洁如镜的理想表面。
