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。