02微電子工藝基礎(chǔ)半導(dǎo)體材料和晶圓制備

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1、第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備本章本章（（4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)））目標(biāo)：目標(biāo)：1、摻雜半導(dǎo)體的兩種特性2、三種主要的半導(dǎo)體材料及其優(yōu)缺點(diǎn)3、N型和P型半導(dǎo)體材料在組成＆電性能方面的不同4、多晶和單晶的不同5、兩種重要的晶圓晶向示意圖6、常見晶體生長(zhǎng)的方法7、晶圓制備的工藝流程微電子工藝基礎(chǔ)1第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料二、晶圓制備微電子工藝基礎(chǔ)2第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備3一、半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體是人們將物質(zhì)按電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分類時(shí)所賦予的一個(gè)名稱。我們通常把導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。常見的半導(dǎo)體有硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、碳化硅

2、等等。微電子工藝基礎(chǔ)第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料1、*本征半導(dǎo)體2、**摻雜半導(dǎo)體3、***半導(dǎo)體材料2013微電子工藝基礎(chǔ)年3月4第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料1、本征半導(dǎo)體定義：處于純凈的狀態(tài)而不是摻雜了其他物質(zhì)的半導(dǎo)體。有兩類本征半導(dǎo)體：n半導(dǎo)體元素硅和鍺n化合物材料砷化鎵和磷化鎵微電子工藝基礎(chǔ)5第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料1、*本征半導(dǎo)體2、**摻雜半導(dǎo)體（1）摻雜半導(dǎo)體的來源（2）摻雜半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電的區(qū)別（3）載流子的遷移率3、***半導(dǎo)體材料微電子工藝基礎(chǔ)6第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、

3、、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料2、摻雜半導(dǎo)體（1）摻雜半導(dǎo)體的來源半導(dǎo)體材料在其本征狀態(tài)是不能用于固態(tài)元件的。解決辦法：摻雜工藝，把特定的元素引入到本征半導(dǎo)體材料中效果：提高本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性微電子工藝基礎(chǔ)7第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料2、摻雜半導(dǎo)體（2）摻雜半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電的區(qū)別金屬：?電阻率固定，改變電阻只有改變其形狀。?只能通過電子的移動(dòng)來導(dǎo)電，金屬永遠(yuǎn)是N型的。摻雜半導(dǎo)體的特性：A：通過摻雜濃度精確控制電阻率B：通過摻雜元素的選擇控制導(dǎo)電類型（電子N型或空穴P型導(dǎo)電）微電子工藝基礎(chǔ)8第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料2、摻

4、雜半導(dǎo)體（2）摻雜半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電的區(qū)別acceptordonor微電子工藝基礎(chǔ)9微電子工藝基礎(chǔ)第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料2、摻雜半導(dǎo)體（3）載流子的遷移率從圖中可以看出：?隨著摻雜濃度的提高，電阻率降低。?移動(dòng)一個(gè)電子或空穴所需的能量不同。由此推出：電子的遷移率比空穴的遷移率要高一些。微電子工藝基礎(chǔ)11第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料1、*本征半導(dǎo)體2、**摻雜半導(dǎo)體3、***半導(dǎo)體材料（1）硅和鍺（兩種重要的半導(dǎo)體）（2）砷化鎵（3）硅作為電子材料的優(yōu)勢(shì)微電子工藝基礎(chǔ)12第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、、半導(dǎo)體

5、半導(dǎo)體材料3、半導(dǎo)體材料（1）硅和鍺（兩種重要的半導(dǎo)體）雖然第一個(gè)晶體管使用Ge材料，但是Ge材料在工藝和性能上有一定的問題：A：熔點(diǎn)相對(duì)比較B：缺少自然形成低，937℃的熔點(diǎn)限的氧化物，易漏電制了某些高溫工藝Si材料很好的解決了上述問題：A：熔點(diǎn)1415℃，B：二氧化硅薄膜很好的解允許更高溫工藝決了漏電問題2013微電子工藝基礎(chǔ)年3月13第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料3、半導(dǎo)體材料（2）硅和鍺（兩種重要的半導(dǎo)體）硅是微電子工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料，占整個(gè)電子材料的95%左右，人們對(duì)它的研究最為深入，工藝也最成熟，在集成電

6、路中基本上都是使用硅材料。微電子工藝基礎(chǔ)14第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一一、、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料3、半導(dǎo)體材料（3）硅作為電子材料的優(yōu)勢(shì)A:原料充分，石英沙是硅在自然界存在的主要形式；B:機(jī)械強(qiáng)度高；C:比重小，密度只有2.33g/cm3；D:pn結(jié)表面易于生長(zhǎng)ＳiＯ2，對(duì)結(jié)起到保護(hù)作用；E:制備的單晶缺陷小；F:能夠制造大尺寸基片，硅片直徑已達(dá)16英寸；G:導(dǎo)熱性好微電子工藝基礎(chǔ)15第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料3、半導(dǎo)體材料（2）砷化鎵常見到的半導(dǎo)體化合物有砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）以及磷砷化鎵（GaAsP），其中GaAs最

7、常用的化合物半導(dǎo)體材料。A：GaAs的載流子C：GaAs是半絕緣遷移率高，適合于B：對(duì)輻射所造成的的。使臨近器件的做超過吉赫茲的高漏電具有抵抗性，漏電最小化，允許速IC。例如：飛機(jī)即GaAs是天然輻射更高的封裝密度。硬化的?？刂坪统咚儆?jì)算機(jī)。微電子工藝基礎(chǔ)16第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料3、半導(dǎo)體材料（2）砷化鎵砷化鎵不會(huì)取代硅成為主流的半導(dǎo)體材料。原因：A：大多數(shù)產(chǎn)品不B：砷化鎵同Ge一樣C：GaAs含有對(duì)人必太快。沒有天然的氧化物，類有害的砷元素，必須淀積多層絕緣處理增加成本。層à工藝時(shí)間加長(zhǎng)。D：砷化鎵的生產(chǎn)工藝比硅落后微電子

8、工藝基礎(chǔ)17第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備一、半導(dǎo)體材料二、晶圓制備微電子工藝基礎(chǔ)18第2章半導(dǎo)體材料和晶圓制備二、晶圓制備1、*結(jié)晶學(xué)和晶