半导体行业之晶体生长和硅片准备（四）

 

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