晶體生長
出處：jin7727 發(fā)布于：2007-04-29 10:16:48
半導體晶圓是從大塊半導體材料切割而來的。那些半導體材料，或叫做晶棒，是從大塊的具有多晶結構和未摻雜本征材料生長得來的。把多晶塊轉變成一個大單晶，給予正確的定向和適量的N型或P型摻雜，叫做晶體生長。
使用三種不同的方法來生長單晶：直拉法、液體掩蓋直拉法、區(qū)溶法。
直拉法（CZ）
大部分的單晶是通過直拉法生長的（圖3.7）。設備有一個石英坩堝，由負載高頻波的環(huán)繞線圈來加熱，或由電流加熱器來加熱。坩堝裝載半導體材料多晶塊和少量摻雜物。選擇摻雜材料來產(chǎn)生N型或P型材料。開始在1415°C 把多晶和攙雜物加熱到液體狀態(tài)，接下來籽晶安置到剛接觸到液面（叫做熔融物）。籽晶是具有和所需晶體相同晶向的小晶體，籽晶可由化學氣相的技術制造。在實際應用中，它們是一片片以前生長的單晶并重復使用。
當籽晶從熔融物中慢慢上升時，晶體生長開始了。籽晶和熔融物間的表面張力致使一層熔融物的薄膜附著到籽晶上然后冷卻。在冷卻過程中，在熔化的半導體材料的原子定向到籽晶一樣的晶體結構。實際結果是籽晶的定向在生長的晶體中傳播。在熔融物中的攙雜原子進入生長的晶體中，生成N型或P型晶體。
為了實現(xiàn)均勻摻雜、完美晶體和直徑控制，籽晶和坩堝（伴隨著拉速）在整個晶體生長過程中是以相反的方向旋轉的。工藝控制需要一套復雜的反饋系統(tǒng)，綜合轉速、拉速及熔融物溫度參數(shù)。
拉晶分三段，開始放肩形成一薄層頭部，接著是等徑生長，是收尾。直拉法能夠生成幾英尺長和直徑大到十二英寸 或更多的晶體。200毫米 晶圓的晶體將會重達450磅 ，需要花費三天時間生長。
液體掩蓋直拉法（LEC）
液體掩蓋直拉法2用來生長砷化鎵晶體。實質上它和標準的直拉法（CZ）一樣，但為砷化鎵做了重要改進。由于熔融物里砷的揮發(fā)性，改進是必須的。在晶體生長的溫度條件下，鎵和砷起反應，砷會揮發(fā)出來造成不均勻的晶體。
對這個問題有兩個解決辦法。一個是給單晶爐加壓來抑制砷的揮發(fā)，另一個是液體掩蓋直拉法工藝（圖3.9）。液體掩蓋直拉法使用一層氧化硼（B2O3）漂浮在熔融物上面來抑制砷的揮發(fā)。在這個方法中，單晶爐里需要大約一個大氣壓。
區(qū)熔法
區(qū)熔法晶體生長2是在本文中介紹的技術歷史上早期發(fā)展起來的幾種工藝之一，仍然在特殊需要中使用。直拉法的一個缺點是坩堝中的氧進入到晶體中，對于有些器件，高水平的氧是不能接受的。對于這些特殊情況，晶體必須用區(qū)熔法技術來生長以獲得低氧含量晶體。
區(qū)熔法晶體生長（圖3.10）需要一根多晶棒和澆鑄在模子里的摻雜物。籽晶熔合到棒的一端。夾持器裝在單晶爐里。當高頻線圈加熱多晶棒和籽晶的界面時，多晶到單晶的轉變開始了。線圈沿著多晶棒的軸移動，一點點把多晶棒加熱到液相點。在每一個熔化的區(qū)域，原子排列成末端籽晶的方向。這樣整個棒以開始籽晶的定向轉變成一個單晶。
區(qū)熔法晶體生長不能夠象直拉法那樣生長大直徑的單晶，并且晶體有較高的位錯密度，但不需用石英坩堝會生長出低氧含量的高純晶體。低氧晶體可以使用在高功率的晶閘管和整流器。這兩種方法比較如圖3.11。
使用三種不同的方法來生長單晶：直拉法、液體掩蓋直拉法、區(qū)溶法。
直拉法（CZ）
大部分的單晶是通過直拉法生長的（圖3.7）。設備有一個石英坩堝，由負載高頻波的環(huán)繞線圈來加熱，或由電流加熱器來加熱。坩堝裝載半導體材料多晶塊和少量摻雜物。選擇摻雜材料來產(chǎn)生N型或P型材料。開始在
當籽晶從熔融物中慢慢上升時，晶體生長開始了。籽晶和熔融物間的表面張力致使一層熔融物的薄膜附著到籽晶上然后冷卻。在冷卻過程中，在熔化的半導體材料的原子定向到籽晶一樣的晶體結構。實際結果是籽晶的定向在生長的晶體中傳播。在熔融物中的攙雜原子進入生長的晶體中，生成N型或P型晶體。
為了實現(xiàn)均勻摻雜、完美晶體和直徑控制，籽晶和坩堝（伴隨著拉速）在整個晶體生長過程中是以相反的方向旋轉的。工藝控制需要一套復雜的反饋系統(tǒng)，綜合轉速、拉速及熔融物溫度參數(shù)。
拉晶分三段，開始放肩形成一薄層頭部，接著是等徑生長，是收尾。直拉法能夠生成幾英尺長和直徑大到
液體掩蓋直拉法（LEC）
液體掩蓋直拉法2用來生長砷化鎵晶體。實質上它和標準的直拉法（CZ）一樣，但為砷化鎵做了重要改進。由于熔融物里砷的揮發(fā)性，改進是必須的。在晶體生長的溫度條件下，鎵和砷起反應，砷會揮發(fā)出來造成不均勻的晶體。
對這個問題有兩個解決辦法。一個是給單晶爐加壓來抑制砷的揮發(fā)，另一個是液體掩蓋直拉法工藝（圖3.9）。液體掩蓋直拉法使用一層氧化硼（B2O3）漂浮在熔融物上面來抑制砷的揮發(fā)。在這個方法中，單晶爐里需要大約一個大氣壓。
區(qū)熔法
區(qū)熔法晶體生長2是在本文中介紹的技術歷史上早期發(fā)展起來的幾種工藝之一，仍然在特殊需要中使用。直拉法的一個缺點是坩堝中的氧進入到晶體中，對于有些器件，高水平的氧是不能接受的。對于這些特殊情況，晶體必須用區(qū)熔法技術來生長以獲得低氧含量晶體。
區(qū)熔法晶體生長（圖3.10）需要一根多晶棒和澆鑄在模子里的摻雜物。籽晶熔合到棒的一端。夾持器裝在單晶爐里。當高頻線圈加熱多晶棒和籽晶的界面時，多晶到單晶的轉變開始了。線圈沿著多晶棒的軸移動，一點點把多晶棒加熱到液相點。在每一個熔化的區(qū)域，原子排列成末端籽晶的方向。這樣整個棒以開始籽晶的定向轉變成一個單晶。
區(qū)熔法晶體生長不能夠象直拉法那樣生長大直徑的單晶，并且晶體有較高的位錯密度，但不需用石英坩堝會生長出低氧含量的高純晶體。低氧晶體可以使用在高功率的晶閘管和整流器。這兩種方法比較如圖3.11。
關鍵詞：晶體生長
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