懸浮區(qū)

浮區(qū)晶體生長是本文所解釋的幾個(gè)過程之一，這項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)是在歷史早期發(fā)展起來的技術(shù)，至今仍用于特殊用途的需求。CZ法的一個(gè)缺點(diǎn)是坩堝設(shè)備當(dāng)中含有氧氣。對(duì)于某些設(shè)備來說，更高的氧氣含量水平是無法忍受的。對(duì)于這些特殊的情況下，晶體可以通過浮區(qū)技術(shù)生長來產(chǎn)生含氧量較低的晶體。

浮區(qū)晶體生長(如下圖所示的過程)需要一條多晶硅和在模具里澆鑄的摻雜劑。多晶硅種子被融合到棒材的一端，并通過組裝過程被放置在晶體生長器中。當(dāng)射頻線圈加熱棒和種子的界面區(qū)域時(shí)，將棒狀晶體轉(zhuǎn)換成單晶。然后線圈沿著棒的軸線開始定向移動(dòng)，在非常短的一段時(shí)間內(nèi)，將它們加熱到液態(tài)融化點(diǎn)。在每個(gè)熔融區(qū)域內(nèi)，原子從種子末端開始沿著棒的方向排列。因此，整個(gè)棒被轉(zhuǎn)換成與起始種子方向相同的一個(gè)單晶。

浮區(qū)晶體生長法與CZ工藝相結(jié)合時(shí)，不能產(chǎn)生理論上最大的直徑，并且晶體的位錯(cuò)密度更高。但是,在不加使用硅坩堝的時(shí)候，可以得到純度更高的晶體。較低的氧氣含量可以使晶體純度更高，尤其是在半導(dǎo)體的一些器件當(dāng)中，如功率晶閘管和整流器，具有非常重大的意義。這兩種方法在如下圖所示上網(wǎng)過程中進(jìn)行了深入的比較。

晶體及晶圓品質(zhì)

半導(dǎo)體器件需要高度完美的晶體。但即使是再復(fù)雜的技術(shù)，也無法得到完美的晶體。加工過程中總會(huì)有一些缺陷，稱為晶體缺陷，這些缺陷通過引起材料的不均勻性而導(dǎo)致出現(xiàn)工藝問題，尤其是在二氧化硅薄膜生長過程中，會(huì)導(dǎo)致外延膜沉積不良，摻雜層不均勻等問題。在成品器件中，晶體缺陷會(huì)引起不必要的電流泄漏，并可能阻止設(shè)備獲得需要的工作電壓。晶體缺陷主要有四大類:1.晶體缺陷，點(diǎn)缺陷；2. 位錯(cuò)；3.生長缺陷；4.雜質(zhì)。

點(diǎn)缺陷

點(diǎn)缺陷有兩種，一個(gè)是當(dāng)晶體中的污染物在晶體結(jié)構(gòu)中造成阻塞，造成張力。第二個(gè)被稱為空缺。在這種情況下，結(jié)構(gòu)中的某個(gè)位置缺少一個(gè)原子(如下圖所示)。

空位是存在于每個(gè)晶體中的自然現(xiàn)象。不幸的是,當(dāng)晶體或晶圓被加熱或冷卻時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)空位。減少空缺是對(duì)低溫加工工藝改進(jìn)的一個(gè)背后驅(qū)動(dòng)力。

位錯(cuò)

位錯(cuò)是單晶中單晶胞的錯(cuò)位。它們可以是把它想象成一堆整齊的方糖中，其中一個(gè)方糖稍微有點(diǎn)與其他方糖錯(cuò)位了。位錯(cuò)由生長條件和晶格引力引起。他們也發(fā)生在晶圓廠制備晶圓的過程。晶圓片邊緣的碎片或磨損可以作為晶格應(yīng)變點(diǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生一條位錯(cuò)線，隨著后續(xù)高溫處理的進(jìn)行，每個(gè)位錯(cuò)線向晶圓內(nèi)部發(fā)展。晶圓位錯(cuò)表現(xiàn)為表面有特殊的蝕刻。典型晶圓片的密度小于每平方厘米500個(gè)位錯(cuò)。

在晶圓片表面蝕刻位錯(cuò)出現(xiàn)的形狀可以表明它們的晶體取向。<111>晶圓片蝕刻成三角形位錯(cuò)，<100>晶圓片顯示為“方形”蝕刻坑(如下圖所示)。

審核編輯：劉清