悬浮区
浮区晶体生长是本文所解释的几个过程之一,这项关键性的技术是在历史早期发展起来的技术,至今仍用于特殊用途的需求。CZ法的一个缺点是坩埚设备当中含有氧气。对于某些设备来说,更高的氧气含量水平是无法忍受的。对于这些特殊的情况下,晶体可以通过浮区技术生长来产生含氧量较低的晶体。
浮区晶体生长(如下图所示的过程)需要一条多晶硅和在模具里浇铸的掺杂剂。多晶硅种子被融合到棒材的一端,并通过组装过程被放置在晶体生长器中。当射频线圈加热棒和种子的界面区域时,将棒状晶体转换成单晶。然后线圈沿着棒的轴线开始定向移动,在非常短的一段时间内,将它们加热到液态融化点。在每个熔融区域内,原子从种子末端开始沿着棒的方向排列。因此,整个棒被转换成与起始种子方向相同的一个单晶。
浮区晶体生长法与CZ工艺相结合时,不能产生理论上最大的直径,并且晶体的位错密度更高。但是,在不加使用硅坩埚的时候,可以得到纯度更高的晶体。较低的氧气含量可以使晶体纯度更高,尤其是在半导体的一些器件当中,如功率晶闸管和整流器,具有非常重大的意义。这两种方法在如下图所示上网过程中进行了深入的比较。
晶体及晶圆品质
半导体器件需要高度完美的晶体。但即使是再复杂的技术,也无法得到完美的晶体。加工过程中总会有一些缺陷,称为晶体缺陷,这些缺陷通过引起材料的不均匀性而导致出现工艺问题,尤其是在二氧化硅薄膜生长过程中,会导致外延膜沉积不良,掺杂层不均匀等问题。在成品器件中,晶体缺陷会引起不必要的电流泄漏,并可能阻止设备获得需要的工作电压。晶体缺陷主要有四大类:1.晶体缺陷,点缺陷;2. 位错;3.生长缺陷;4.杂质。
点缺陷
点缺陷有两种,一个是当晶体中的污染物在晶体结构中造成阻塞,造成张力。第二个被称为空缺。在这种情况下,结构中的某个位置缺少一个原子(如下图所示)。
空位是存在于每个晶体中的自然现象。不幸的是,当晶体或晶圆被加热或冷却时,就会出现空位。减少空缺是对低温加工工艺改进的一个背后驱动力。
位错
位错是单晶中单晶胞的错位。它们可以是把它想象成一堆整齐的方糖中,其中一个方糖稍微有点与其他方糖错位了。位错由生长条件和晶格引力引起。他们也发生在晶圆厂制备晶圆的过程。晶圆片边缘的碎片或磨损可以作为晶格应变点,进而产生一条位错线,随着后续高温处理的进行,每个位错线向晶圆内部发展。晶圆位错表现为表面有特殊的蚀刻。典型晶圆片的密度小于每平方厘米500个位错。
在晶圆片表面蚀刻位错出现的形状可以表明它们的晶体取向。<111>晶圆片蚀刻成三角形位错,<100>晶圆片显示为“方形”蚀刻坑(如下图所示)。
审核编辑:刘清
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原文标题:半导体行业(二百三十一)之晶体生长和硅片准备(四)
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