02微电子工艺基础半导体材料和晶圆制备
微电子技术半导体器件原理与制备
微电子技术半导体器件原理与制备微电子技术是现代信息技术的基础，而半导体器件是微电子技术的重要组成部分。
本文将从半导体器件的原理与制备两个方面进行论述，以帮助读者更好地了解微电子技术的基础知识。
一、半导体器件的原理半导体器件是一类利用半导体材料电学性质的器件，常见的有二极管、晶体管、场效应管等。
这些器件的工作原理基于半导体材料的导电特性和PN结的特殊性质。
1. PN结的特性PN结是半导体器件的基本构造单元，它由P型半导体和N型半导体通过特殊的工艺制备而成。
PN结具有整流特性，在正向偏置时电流可以通过，在反向偏置时电流则几乎不流动。
这种特性使得二极管等器件成为电子设备中常用的整流器。
2. 晶体管的原理晶体管是一种具有放大和开关功能的器件。
它由三个或更多的掺杂不同的半导体材料构成，通常包括一个基区和两个掺杂浓度较高的接触区。
当输入信号作用于基区时，晶体管中发生电子和空穴的输运，从而引起输出电流的变化。
这种变化可以被放大，从而实现信号的放大功能。
3. 场效应管的原理场效应管是一类利用场效应的半导体器件，常见的有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和金属-绝缘体-半导体场效应晶体管（MISFET）等。
场效应管的工作原理是利用栅极电场对沟道中载流子的控制，从而实现对电流的调节和放大。
二、半导体器件的制备半导体器件的制备是微电子技术的重要环节，它包括材料的选择、晶体的生长、器件的加工等多个步骤。
1. 材料的选择半导体器件的制备首先需要选择适当的半导体材料，通常使用的有硅（Si）和化合物半导体（如砷化镓、硒化镉等）。
不同的半导体材料具有不同的物理特性和加工性能，需根据具体应用需求进行选择。
2. 晶体的生长晶体的生长是半导体器件制备的关键步骤之一。
以硅为例，硅晶体的生长一般采用Czochralski法或浮区法。
这些方法可通过向熔融硅中引入掺杂物，使其成为P型或N型硅晶体，为后续的器件加工提供基础。
3. 器件的加工器件的加工是将晶体变成具有特定功能的器件的过程。
半导体制作工艺流程
半导体制作工艺流程半导体制作工艺流程是指将半导体材料加工成电子器件的一系列工艺步骤。
半导体器件广泛应用于电子产品和通信领域，其制作工艺的精细程度对器件性能有着重要影响。
下面将介绍一般的半导体制作工艺流程。
1. 半导体材料选择与准备半导体材料通常选用硅(Si)或砷化镓(GaAs)等材料。
在制作过程中，需要从纯度高的单晶硅或高纯度的砷和镓等原料开始，通过化学方法或物理方法制备出所需的半导体材料。
2. 晶圆制备晶圆是半导体材料的基片，制作工艺的第一步是将半导体材料加工成晶圆。
通常采用切割硅棒的方法，将硅棒切割成薄片，然后进行化学机械抛光等处理，得到表面平整的晶圆。
3. 清洗与去除杂质在制作过程中，晶圆表面会附着一些杂质，如尘埃、氧化物和有机物等。
清洗是为了去除这些杂质，保证晶圆的表面洁净。
常用的清洗方法包括化学清洗和热酸清洗等。
4. 晶圆表面处理晶圆表面处理是为了形成特定的结构和层，常用的方法有扩散、离子注入、溅射等。
其中，扩散是通过高温加热将掺杂物扩散到晶圆表面，形成特定的电子掺杂浓度分布；离子注入是将掺杂离子注入晶圆表面，改变其电子性质；溅射是利用高能离子轰击晶圆表面，使其表面原子沉积形成特定结构和层。
5. 光刻与光刻胶光刻是将芯片上的图形投射到光刻胶上，在光刻胶上形成图形。
光刻胶是一种对紫外光敏感的聚合物，通过紫外光照射、显影等步骤，可以形成所需的图形。
6. 离子蚀刻与湿法蚀刻离子蚀刻是利用高能离子轰击晶圆表面，使其表面原子沉积形成特定结构和层。
湿法蚀刻是通过特定的化学液体，将晶圆表面的非遮蔽区域溶解掉，形成所需的结构。
7. 金属沉积与蚀刻金属沉积是将金属沉积在晶圆表面，形成导线、电极等结构。
常用的金属沉积方法有物理气相沉积、化学气相沉积和电镀等。
蚀刻是将多余的金属去除，使得只有所需的结构。
8. 封装与测试半导体器件制作完成后，需要进行封装和测试。
封装是将芯片封装在塑料或陶瓷封装体内，以保护芯片并方便与外部电路连接。
半导体技术在微电子器件中的应用
半导体技术在微电子器件中的应用随着信息技术的不断发展，微电子领域的需求也越来越迫切。
半导体技术是微电子器件中最为重要的技术之一，它的应用范围非常广泛，能够广泛地应用于智能手机、平板电脑、电视机、计算机等现代化电子设备中。
本文将从半导体材料、工艺、封装等方面介绍半导体技术在微电子器件中的应用。
一、半导体材料半导体技术的发展离不开优质的材料，半导体材料是应用半导体技术的关键。
半导体材料包括硅、砷化镓、氮化镓等。
其中，硅是目前应用广泛的材料，大部分的芯片都使用硅材料制成。
砷化镓是硅的替代材料，它可以实现更快的运行速度，同样具有广泛的应用前景。
氮化镓是一个新兴的材料，它可以实现更高的功率输出，因此在高频电子器件和功率电子器件中应用较广泛。
二、半导体工艺半导体器件的制造离不开复杂的工艺流程，半导体工艺是半导体技术的重要组成部分。
半导体工艺可以分为晶圆制备、晶圆上的制程、封装三个步骤。
1. 晶圆制备晶圆是半导体器件的基础材料，它是从单晶硅料中生长而来。
晶圆制备是半导体工艺中的第一个步骤。
晶圆制备包括生长单晶硅、切割晶圆及化学机械抛光等过程。
2. 晶圆上的制程晶圆上的制程是半导体工艺的核心，它包括沉积和刻蚀两种技术。
沉积技术是将所需材料沉积在晶圆表面形成所需结构，刻蚀技术是通过在目标表面实现所需步骤来去除材料层。
这些步骤通过台式机器人和自动化设备进行控制。
3. 封装封装是半导体制造工艺的最后一步，它是将晶圆上面的电路元器件完好封装到套管内，以保护微电子器件不受环境影响。
封装过程中还要对器件进行测试，以保证器件符合相应的规范。
这个工艺流程通常会采用半自动及全自动机器人进行控制。
三、半导体技术的应用半导体技术在微电子器件中有着广泛的应用。
以下是半导体技术在智能手机、平板电脑、计算机和电视机等现代化电子设备中的应用示例。
1. 智能手机智能手机是当今人们必不可少的通讯工具。
半导体技术在智能手机中的应用包括处理器芯片、存储芯片、图形显示芯片等。
微电子制造工艺流程解析
微电子制造工艺流程解析微电子制造工艺流程是指通过一系列的加工步骤，将原材料转化为微小电子器件的过程。
在这个过程中，需要经过晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻、离子注入等关键步骤，以及其他一些辅助性的工艺步骤。
本文将对微电子制造工艺流程进行详细解析。
一、晶圆制备晶圆制备是微电子制造中的第一步，主要是通过硅材料生长来制备晶圆。
晶圆一般使用单晶硅材料，它具有良好的电性能和机械性能，适合作为微电子器件的基底。
在这一步骤中，需要对硅材料进行去杂、融化、再结晶、拉晶等加工过程，最终得到高质量的单晶硅晶圆。
二、薄膜沉积薄膜沉积是微电子制造中的重要步骤，通过在晶圆表面沉积薄膜来控制电子器件的性能和功能。
常用的薄膜沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等。
这些技术可以在晶圆表面沉积各种功能性薄膜，如硅氧化物、金属、半导体等。
三、光刻光刻是一种重要的微电子制造工艺，通过光照和显影的方式，在薄膜表面形成微细的图案。
这个图案将作为后续工艺步骤中蚀刻、离子注入等的参考依据。
光刻通常使用光刻胶来实现，根据需要选择合适的光源和掩膜，通过光刻曝光机进行精确的图案转移。
四、蚀刻蚀刻是一种去除不需要的材料的工艺步骤，通常将薄膜表面的某些区域通过化学或物理方式进行选择性地去除。
常见的蚀刻方式有湿蚀刻和干蚀刻两种。
湿蚀刻使用化学液体进行腐蚀，而干蚀刻则是利用等离子体来实现。
通过蚀刻，可以形成微细的结构，如通道、线路等。
五、离子注入离子注入是一种将外部离子引入器件材料中的工艺步骤。
通过加速器将离子加速到高速，并射入目标材料中，从而改变其电学或物理特性。
离子注入可以用于掺杂、形成pn结、获得特定的电子特性等。
具体的离子注入方式包括浸没注入、离子束注入等。
以上所述的晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻和离子注入等工艺步骤只是微电子制造流程中的一部分，整个流程还包括清洗、测试、封装、探针测试等其他步骤。
每个步骤都需要精细的设备和技术支持，以确保最终制造出的微电子器件具有稳定的性能和可靠的品质。
02微电子工艺基础半导体材料和晶圆制备
C：GaAs是半绝缘 的。使临近器件的 漏电最小化，允许 更高的封装密度。
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第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
3、半导体材料
（2）砷化镓 砷化镓不会取代硅成为主流的半导体材料。原因： A： 大多数产品不 必太快。 B：砷化镓同Ge一样 C：GaAs含有对人 没有天然的氧化物， 类有害的砷元素， 必须淀积多层绝缘 处理增加成本。 层工艺时间加长。
(或米勒指数)。
微电子工艺基础
关于米勒指数的一些其他规定： ( h kl)：代表在x轴上截距为负的平面，如 ( 1 00) {hkl} ：代表相对称的平面群，如在立方对称平面中，可用 (00 1 )六个平面。 (0 1 0)， ( 1 00)， {100}表示(100)，(010)，(001)， [hkl]：代表一晶体的方向，如 [100]方向定义为垂直于 (100) 平 面的方向，即表示 x 轴方向。而 [111] 则表示垂直于 (111) 平面的 方向。 <hkl> ：代表等效方向的所有方向组，如 <100> 代表 [100] 、 [010]、[001]、 [ 1 00]、 [0 1 0]、 [00 1 ] 六个等效方向的族群。
微电子工艺基础
晶体内部的空隙
例题: 假使将圆球放入一体心立方 晶格中，并使中心圆球与立方体八 个角落的圆球紧密接触，试计算出 这些圆球占此体心立方晶胞的空间 比率。 圆球半径定义为晶体中最小 原子间距的一半，即 3a / 8 。
3 4 r 解：球的体积为： Si 3
B A
z
C
D
a3 8
y
x
每个硅原子在晶体内所占的空间体积为： a 3 / 8
3、半导体材料
（1）硅和锗（两种重要的半导体） 虽然第一个晶体管使用Ge材料，但是Ge材料在工艺和性 能上有一定的问题： A：熔点相对比较 B：缺少自然形成 低，937℃的熔点限 的氧化物，易漏电 制了某些高温工艺 Si材料很好的解决了上述问题： A：熔点1415℃， 允许更高温工艺
半导体技术-晶圆制备
晶圆制备硅是一种灰色、易碎、四价的非金属化学元素。
地壳成分中27.8%是硅元素构成的，其次是氧元素，硅是自然界中最丰富的元素。
在石英、玛瑙、燧石和普通的滩石中就可以发现硅元素。
硅是建筑材料水泥、砖、和玻璃中的主要成分，也是大多数半导体和微电子芯片的主要原料。
有意思的是，硅自身的导电性并不是很好。
然而，可以通过添加适当的搀杂剂来精确控制它的电阻率。
半导体硅制备半导体器件和电路在半导体材料晶圆的表层形成，半导体材料通常是硅。
这些晶圆的杂质含量水平必须非常低，必须掺杂到指定的电阻率水平，必须是指定的晶体结构，必须是光学的平面，并达到许多机械及清洁度的规格要求。
制造IC级的硅晶圆分四个阶段进行：矿石到高纯气体的转变；气体到多晶的转变；多晶到单晶，掺杂晶棒的转变；晶棒到晶圆的制备。
半导体制造的第一个阶段是从泥土里选取和提纯半导体材料的原料。
提纯从化学反应开始。
对于硅，化学反应是矿石到硅化物气体，例如四氯化硅或三氯硅烷。
杂质，例如其他金属，留在矿石残渣里。
硅化物再和氢反应生成半导体级的硅。
这样的硅的纯度达99.9999999%，是地球上最纯的物质之一。
它有一种称为多晶或多晶硅的晶体结构。
制造半导体前，必须将硅转换为晶圆片。
这要从硅锭的生长开始。
单晶硅是原子以三维空间模式周期形成的固体，这种模式贯穿整个材料。
多晶硅是很多具有不同晶向的小单晶体单独形成的，不能用来做半导体电路。
多晶硅必须融化成单晶体，才能加工成半导体应用中使用的晶圆片。
加工硅晶片生成一个硅锭要花一周到一个月的时间，这取决于很多因素，包括大小、质量和终端用户要求。
超过 75%的单晶硅晶圆片都是通过 Czochralski (CZ) 直拉法生长的。
CZ 硅锭生长需要大块的纯净多晶硅将这些块状物连同少量的特殊III、V族元素放置在石英坩埚中，这称为搀杂。
加入的搀杂剂使那些长大的硅锭表现出所需要的电特性。
最普通的搀杂剂是硼、磷、砷和锑。
因使用的搀杂剂不同，会成为一个 P 型或N型的硅锭（P 型 / 硼， N 型 / 磷、锑、砷），然后将这些物质加热到硅的熔点--摄氏1420度之上。
半导体的制备工艺流程
半导体的制备工艺流程半导体是一种电子材料，具有介于导体和绝缘体之间的电导率。
它在现代电子技术中扮演着重要的角色，被广泛应用于计算机、通信、光电子、医疗等领域。
半导体的制备工艺流程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤才能得到高质量的半导体材料。
第一步：晶圆制备晶圆是半导体制备的基础材料，通常采用硅晶圆。
晶圆制备的过程包括多个步骤，如去除表面污染物、切割、抛光等。
其中，抛光是一个非常关键的步骤，它可以使晶圆表面变得非常平整，从而提高半导体器件的制备质量。
第二步：沉积沉积是指将半导体材料沉积在晶圆表面的过程。
常用的沉积方法有化学气相沉积、物理气相沉积、溅射等。
这些方法可以在晶圆表面形成非常薄的半导体膜，用于制备各种半导体器件。
第三步：光刻光刻是一种将图案转移到晶圆表面的技术。
它使用光刻胶将图案转移到晶圆表面，然后使用化学腐蚀或离子注入等方法将图案转移到半导体材料上。
这个过程非常关键，因为它可以制备出各种复杂的半导体器件。
第四步：清洗清洗是指将晶圆表面的残留物清除的过程。
这个过程非常重要，因为残留物会影响半导体器件的性能。
清洗通常使用化学方法或物理方法，如超声波清洗、离子束清洗等。
第五步：测试测试是指对制备好的半导体器件进行测试的过程。
测试可以检测器件的性能和可靠性，以确保它们符合规格要求。
测试通常包括电学测试、光学测试、机械测试等。
半导体的制备工艺流程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤才能得到高质量的半导体材料。
这些步骤包括晶圆制备、沉积、光刻、清洗和测试等。
只有在每个步骤都严格控制质量的情况下，才能制备出高质量的半导体器件。
半导体 生产工艺
半导体生产工艺一、引言半导体生产工艺是制造半导体器件和集成电路的关键过程。
这些工艺涉及到多个复杂的技术和操作，以确保最终产品的性能和可靠性。
本文将详细介绍半导体生产工艺的各个环节，包括晶圆制备、薄膜沉积、刻蚀与去胶、离子注入、退火与回流、金属化与互连、测试与封装以及可靠性验证等方面。
二、晶圆制备晶圆是半导体制造的基础，其质量直接影响到后续工艺的进行和最终产品的性能。
晶圆制备通常包括以下几个步骤：1.原材料准备：选用高纯度的硅、锗等材料作为晶圆的原材料。
2.切割：将大块材料切割成适当大小的小片，即晶圆。
3.研磨和抛光：对晶圆表面进行研磨和抛光，以去除表面缺陷和杂质。
4.清洗：用化学试剂清洗晶圆表面，去除残留杂质和污染物。
三、薄膜沉积薄膜沉积是半导体制造中的重要环节，用于在晶圆表面形成各种功能薄膜。
常见的薄膜沉积方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）等。
这些方法根据需要形成不同类型的薄膜，如金属薄膜、介质薄膜和半导体薄膜等。
四、刻蚀与去胶刻蚀是通过化学或物理方法将不需要的材料去除，以形成电路图案和结构。
去胶则是去除在制造过程中形成的有机残留物和其他不需要的材料。
刻蚀和去胶的精度和一致性对最终产品的性能至关重要。
五、离子注入离子注入是将特定元素离子注入到半导体材料中，以改变材料的导电性质和结构。
这一过程对于制造具有特定性能的半导体器件至关重要。
六、退火与回流退火是将材料加热到一定温度并保持一段时间，以消除内应力、稳定结构和优化性能的过程。
回流则是将熔融的焊料回流到连接处，以实现金属间的连接。
退火和回流对于提高器件可靠性和稳定性具有重要作用。
七、金属化与互连金属化是形成导电电路的过程，通常采用各种金属材料（如铜、铝等）在半导体表面形成导线、焊点和连接等。
互连则是通过金属化实现的各个组件之间的连接。
金属化与互连对于确保半导体器件的功能和性能至关重要。
八、测试与封装测试是对制造过程中的各个阶段进行检测和评估，以确保产品质量和可靠性。
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、单晶的生长和晶圆制备
1、结晶学和晶体结构
（3）晶向（用密勒指数表示）****
z
A：硅晶圆中最常使用的晶向是<100>和<111>
o
<100>晶向的晶圆用来制造MOS器件和电路 <111>晶向的晶圆用来制造双极性器件和电路 砷化镓晶体只能沿<100>晶向进行切割
C：掺杂层不均匀 D：在完成的器件中引起有害的漏电流，导致器件不能正 常工作。
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、单晶的生长和晶圆制备
1、结晶学和晶体结构
（2）晶体缺陷*
③ 3类重要的晶体缺 陷 A：点缺陷
形成原因—晶体里杂质原子 挤压晶体结构引起的应力所致 填隙杂质 Frenkel
替位杂质
空位
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备（2）晶体生长
①直拉法-Czochralski法（CZ法）
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备（2）晶体生长
（2）晶体生长 ①直拉法（CZ法）
三部分组成：炉体部分，有坩埚、水冷装置和拉杆等机械传动装置 ；加热控温系统， 有光学高温计、加热器、隔热装置等；真空部分，有机械泵、扩散泵、测真空计等。
提高本征半导体的导电性
7
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
2、掺杂半导体
（2）掺杂半导体和金属导电的区别 金属： 电阻率固定，改变电阻只有改变其形状。 只能通过电子的移动来导电，金属永远是N型的。 掺杂半导体的特性： A：通过掺杂浓度精确控制电阻率
B：通过掺杂元素的选择控制导电类型（电子N型或空 穴P型导电）
B：位错（单晶里一组晶胞排错位置）
形成原因—晶体生长条件、 晶体内的晶格应力、 制造过程中的物理损坏
本征堆垛层错 非本征堆垛层错
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、单晶的生长和晶圆制备
1、结晶学和晶体结构
（2）晶体缺陷* ③ 3类重要的晶体缺陷 C：原生缺陷 常见有滑移（晶体平面产生的晶体滑移）和挛晶（同 一界面生长出两种不同方向的晶体），二者是晶体报 废的主要原因。
第2章 半导体材料和晶圆制备
本章（4学时）目标：
1、掺杂半导体的两种特性 2、三种主要的半导体材料及其优缺点 3、N型和P型半导体材料在组成＆电性能方面的不同 4、多晶和单晶的不同 5、两种重要的晶圆晶向示意图
6、常见晶体生长的方法
7、晶圆制备的工艺流程
1
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
2、**掺杂半导体 （1）掺杂半导体的来源 （2）掺杂半导体和金属导电的区别 （3）载流子的迁移率 3、***半导体材料
6
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
2、掺杂半导体
（1）掺杂半导体的来源 半导体材料在其本征状态是不能用于固态元件的。 解决办法： 掺杂工艺，把特定的元素引入到本征半导体材料中 效果：
第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备
（2）晶体生长 定义: 把多晶块转变成一个大单晶，给予正确的定向和适量的N 型或P型掺杂，叫做晶体生长。 按制备时有无使用坩埚分为两类：
有坩埚的：直拉法、磁控直 拉法液体掩盖直拉法；
无坩埚的：悬浮区熔法 。
31
第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
8
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
2、掺杂半导体
（2）掺杂半导体和金属导电的区别
donor
acceptor
9
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
2、掺杂半导体
（3）载流子的迁移率 从图中可以看出： 随着掺杂浓度的提高，电 阻率降低。
移动一个电子或空穴所需 的能量不同。由此推出： 电子的迁移率比空穴的迁 移率要高一些。
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备
硅晶圆制备的四个阶段（对应于芯片制造的前两个阶段） 芯片制造的第一阶段：材料准备
A：矿石到高纯气体的转变（石英砂冶炼制粗硅）
B：气体到多晶的转变 芯片制造的第二阶段：晶体生长和晶圆制备 C：多晶到单晶，掺杂晶棒的转变（拉单晶、晶体生长）
2013年8月
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第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
3、半导体材料
（1）硅和锗（两种重要的半导体）
硅是微电子工业中应用最广泛的半导体材 料，占整个电子材料的95%左右，人们对它的 研究最为深入，工艺也最成熟，在集成电路中 基本上都是使用硅材料。
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第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
3、半导体材料
（3）硅作为电子材料的优势
A:原料充分，石英沙是硅在自然界存在的主要形式；
B:机械强度高； C:比重小，密度只有2.33g/cm3； D:pn结表面易于生长ＳiＯ2，对结起到保护作用；
E:制备的单晶缺陷小；
F:能够制造大尺寸基片，硅片直径已达16英寸；
G:导热性好
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第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
<111> o
<100> x
z
y
x
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、单晶的生长和晶圆制备
1、结晶学和晶体结构
（3）晶向（用密勒指数表示） **** B：当晶圆沿晶向破碎时
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第2章 半导体材料和晶圆制备
二、晶圆制备
1、结晶学和晶体结构
2、晶圆制备 （1）获取多晶 （2）晶体生长 （3）硅片制备
2、晶圆制备（2）晶体生长
①直拉法—Czochralski法（CZ法） 起源 1918年由Czochralski从熔融金属中拉制细灯丝，50年代 开发出与此类似的直拉法生长单晶硅，这是生长单晶硅的 主流技术。 方法 在坩埚中放入多晶硅，加热使之熔融，用一个夹头夹住一 块适当晶向的籽晶，将它悬浮在坩埚上，拉制时，一端插 入熔体直到熔化，然后再缓慢向上提拉，这时在液-固界面 经过逐渐冷凝就形成了单晶。
二、晶圆制备
2
第2章 半导体材料和晶圆制备
一、半导体材料
半导体是人们将物质按电学性质进行 分类时所赋予的一个名称。我们通常 把导电性能介于导体和绝缘体之间的 物质称为半导体。常见的半导体有硅、 锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化 硅等等。
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
1、*本征半导体
2、**掺杂半导体 3、***半导体材料
2013年8月
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第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
1、本征半导体
定义：
处于纯净的状态而不是掺杂了其他 物质的半导体。
有两类本征半导体：
半导体元素 化合物材料 硅和锗 砷化镓和磷化镓
5
第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
1、*本征半导体
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第2章 半导体材料和晶圆制备 一、半导体材料
3、半导体材料
（2）砷化镓 砷化镓不会取代硅成为主流的半导体材料。原因： A： 大多数产品不 必太快。 B：砷化镓同Ge一样 C：GaAs含有对人 没有天然的氧化物， 类有害的砷元素， 必须淀积多层绝缘 处理增加成本。 层工艺时间加长。
D：砷化镓的生产工艺比硅落后
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SiHCl3 ↑ + H2 ↑
SiCl4 ↑
第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备（1）获取多晶
④还原 多用H2来还原SiHCl3或SiCl4得到半导体纯度的多晶硅： SiCl4 + 2H2 SiHCl3 + H2 原因： 氢气易于净化，且在Si中溶解度极低
30
→ →
Si + 4HCl Si + 3HCl
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、单晶的生长和晶圆制备
1、结晶学和晶体结构
（2）晶体缺陷* ④ 缺陷的去除 器件有源区的缺陷（晶体管所在位置）影响器件性能， 必须设法减少：
单晶生长时的工艺控制； 非本征吸杂，在无源区引入应变或损伤区来吸杂；
本征吸杂，氧是硅片内固有的杂质，硅中氧淀积有吸 杂作用，是一种本征吸杂。
放肩
将晶体直径放大至需要的尺寸。
小由拉升速度、转速，以及温度控制。
等径生长 拉杆与坩埚反向匀速转动拉制出等径单晶。直径大
收尾
结束单晶生长。
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备（2）晶体生长
①直拉法（CZ法） Si棒头部放大
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
D：晶棒到晶圆的制备
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、晶圆制备
2、晶圆制备（1）获取多晶
①冶炼
SiO2 + C → Si + CO↑
得到的是冶金级硅，主要杂质：Fe、Al、C、B、P、Cu要进 一步提纯。 ②酸洗
硅不溶于酸，所以粗硅的初步提纯是用HCl、H2SO4 、王水， HF等混酸泡洗至Si含量99.7%以上。
微电子业常用单晶硅（如硅片、外延层）和多 晶硅（如薄膜）。 硅片是高度完美的单晶，但也存在缺陷。
晶体缺陷对微电子工艺有多方面的影响
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第2章 半导体材料和晶圆制备 二、单晶的生长和晶圆制备