当今世界已进人信息化时代这是人类历史上又次工业革命,人们开始认识到除了物质能 懋资源以外更要的是有效地幸捏信息资源,信息化时代的主姿特裎之·是信良处理存储传输 的主要工其一电子计算机的广泛用电子计算机的菩及是建立在集成电路技术的速发 的基础上的。较早的电子计算机是1945年发明的从继电器计算机发而来約真空音电了计算机 由于其真成本和低可靠性无法得到普反,计算机的大量玩用只是在集成电路技术的发展之后才成 为可能 电子计算机发明后不久,948年发了作为最早的園体电子器件的:极品体管。最初是用 作为制走固体电子器件的半导体材料,然面请的禁替宽度较窄(,.6V),用话制的甚件只能 作在9以下的湿度在更真的温度F储器件中将产生显著的漏电电流。比禁带宽变较窄更严重 的问题是箭不能提供稳定的表面纯化层。例如f=O2溶于水并且在80C就会分解,与诸形成对 比的繁芾宽度为1.12V,丙此用制造的菇件可以在育至20C的温度范医内工作。另个更 大的优点是表面容易形成结构离度稳定的SO钝化层,可以作为集成电路器件的保护层,这 优点被屹用于壇立集成电路的基本造工艺使得能够在复杂图形中的蕉窆区域进行杂,从面在 硅片上制造止各种器件结构硅的另个突齣优点是其临界切呻力较太,旦选位错状念后 在生长过程中不容出现位错,员此是少数能到位错单品的材料之,而无他错单品是副造图 体电了器件的基本要求北外,从环陵保护的角度看硅的个优点是其完全没有毒性,面H的原 材料们美(S(}杓成了大约肌的應壳载分,其原料给得充分的保证。当然症片不是在等 方數都表现出优点,如硅的电了移半不如化合物半导体GAs高,因此在减少寄生效晓和 改养频丰响应方不如GNs等化合物半导体至看要胸缺点足硅的能带结构是非直接结构 不能真接用剩造光电器件 行材料的以上基本优点决定了它前是荒目在可以预见的将米仍将是成电路的基磁材 料,随石集成电跷的集成度翘大模化方向的迅速发矮,对硅材料质揉的要求也越炭越高,这就 对材料的生产和研究不断提出了新的要求,同时人们也越未越深剔地认块成电路的制造工 艺和器作的性能写所用約硅材科的特性质丝蜜切相关,要提集成电路的成晶半必须易虑到这 失素这些都娶求我们于硅材料的墓本性质、产工艺中的关键技以及所涉及的各种论何题 有深人的了解和认识 于材料科学和技本在上述需求的基动下正在莲发展,有关材料的基车性豆约新认 识生产工艺和莠试分析方法的新介组只佳在各种朋刊中才能找到;又由于硅材料料学是 近三四十年中发起米的新兴的交叉学科,涉及到半导体物產晶体结构、品体生长,品体缺陷,各 种运(热溶质1理论流体力学物升化学化学等多门学科,所涉及的些论问题的讨论分 蔻在很多用利著作中,H往往不具有针对性,因此,追切需要专订合绍硫材料科学的著作,反映硅 科取新究的成果,包析生产工艺和测试分析方法中的关壁技术以及这些关键技术所涉及的基 本理论问题基于这样的考虑本书既介绍了其体的产[艺和测试分析方法的概要以其中的关 键技本问题又对十这些关键技木所荐及的理论作了较深人的讨论既有较成器的假已公认 的结论构叙述,又有最新的发展探常件的观点的介组;既他人的[作的总结,包含了作者多
哇材料科学与技术 年来从事硅材料方面工作的哥究成果 本书的编排是第-章首先介绍硅学曷的半竽体性质晶体结构和其他方的特点,至是这些 点快定了硅材料在半导体工业的地位;对于用于章导体器件制耄的硅材料的基木要求之是超高 蜿度第二章介绍多虽硅的解备亦即辟的超提绳技术及有关的理论;代集成电跻制作在单歸往 片土,硅片制造的第步是硅单的蛋长,弟三章结合硅单品生长的特点介绍晶体走长的基本论 和有关的基本技术;第四章和篛五章分介網了砗的体单晶生长,殊片加工和硅薄瞑,硅基薄袅 长方此的生长技术和所涉及的基本问题;硅材料质取决于硅单品中蒙陷和杂质的控制,第六章 介绍硅季品中缺陷和杂质的各种测试分析手段,第七章和人分别介了中的缺陷和砖中几 和主要杂质的行为 本书可以提给从事硅材料生产和研宠的科人作为了解有关硅材料的胜质、材料的生 产技术和测试方法,以及较仅人地了解这些生产技术稻测试方法中的关键技术所涉及的理论题 約参考书。也可以提供始从事集成电路造和研充的科技人员作为了解砖材料的性质及其对于集 电路工艺和器件性能約影响方的黎考书 本书第章出立登愤写第由两端鬆撰写第三章由除修治横习等由鬆浒,份 基刘培东携写,第五章出叶志镇张什国、陈修治与第六由季振国贾写,第L章由陈修治费写 (其中硅中缺第约电子量微镜分析部分出张孝彬攒写第八靠由杨游费写木书内容涉反的曲毅 广,作者水平和时闻有阻错误在所难免欢迎读者批评指正,本书在编写的过程中参考了大發的文 藏和著作在每章約结尾均开出在此对这些作者一并表示深切的谢直
目录 第一章硅的基本性质 1的基本物理和化学性质 1.硅的电学性质 1.1.2琵的化学性质 1.13的危学和力学性质 是的粉图 1.2硅的晶体结构表良结构… 1.2.1化学键 122脏的拼体结构 23昂体的对称性 1.2.:的丧直结构…………… 1.1号的辛导体性质 1.3.晶体的能带结构 32带电关型……… J.J戟流了浓度… 345523 31输运性顷…………………… 3.5卡?衡载流子 4的表面界面 多与文航 第二韋硅的提纯…… 之母的化学提多出行的制备…… L.!;氯氢硅氢过法…… 2!.2f热分法…………… L.3其他方法 68验 22超提找术及其琼库………………3 1植馏提绝… 2.3物用畏纯… 21.1分凝现象 23.2上常凝刿 2.3.3域提…………56
硅村計科学与技术 3.4杂质蒸发 晏考文赦 第三章晶体生长原理和基本技术………… 3.1相平衡条件、相平衡方程和桁图 3L.1相F衡条件 31.2相平衡方程……… 3相图… 31.1溶液和稀体的相平衡………… 3L5稀溶液和船岜熔体的平衡方程…… 3.1.6平衡分裂现象的理论分析…………, 5.L.7聚图点随分约变化……………… 32平衡界面… 32.1界能与界面强力… 3.2.2弯由界面的相平衡……… 323界面由半对平衡参量的影……………m… 3.2.4晶体的衡左观形粮界面能板图界面的分类 3.2.5界面交接…… 3.2.6衡界面的微鼠结构 32.7外廷养面上的界失配 3.3朴变塑动力,变势垒与成胺 3.3.1稳态与相变驱动月 3.3.2析变势垒 3.3.3成核 3.3.4品体生长系统中成核丰的控制 4界由反应和生长动力学… 3.4.1鼠体生长的微观过教与台阶功力学… 3..2先滑界围的陵观生长机制与!长动力学规律 3.L.3粗糙秀面的〖动学熨律 34.1相变桌动力对于界面结构约影明 34.5品体的生长形态…… 3.5生长系统中的输运象 33,1生长系统中的度扬及热趾输运 3.5.2生长系统中的溶质浓度汤和溶质分凝 53生长系统中的对潼 5.t生长系统中的混合输 36界面稳定性和组分过冷 36.1筹面稳定性的基本念 35.2毖响界面稳定性的因素 3.5.3产坐分过冷的临界条作 度譏不 37.】温度的热电偶法测量…
3.7.2湿度的辐活测景 3.8真空技术 3.8.1真空系统的基本规律……………………………………12 3.8.2真空泵 177 8.3真空度测踅仅 3.B.!检漏技术 参考文献 第四章硅的体单晶生长和毽片加工… .]概述 4.2硅单品的Z法生长 93 4.21Z法的基本原理………… 1.2.2牛长系统中的热…… 2.3熔体中的对流 .2,4生长荠面的形状……… 425生长藏的单量中不同位置上品体约生长条件历史的差异 4.26杂质的引入、分布和杂技术 L27C乙法生长设备 L2.8CZ法生长的工艺过程 2] 4.2.9MCZ生长 .2.10连缓(21长……… …:218 L3硅单福的FZ法生长 31悬滑区臀法生长硅单晶的原理 L.3.2区熔品炉 133区生长工艺 434区怒单品中的杂质分右 229 区熔硅带品的诊杂技术 46探测器缓韃单晶的生长……………… 437氦区硅单晶的长 1.8磷构与梡 4.4硅片加工技术 4.4.1集成电路制造对干硅光片加[的要求 22 1.12品向的测定 4.4.3单品锭豹外形加工 4.4.4切片 t.4.6磨片 1.t.7硅片蚀…m…mm………m L.8范光 1.4.10光片的包寝和储存 L4.1化学衡和化学清洗L艺中的安全操作
母材料科平与技末 4.5硅片腐蚀和抛光T艺的化学原理………………”… 86 4.5硅的化学腐蚀的原理……………… 4.5.2影响硅的化学腐蚀的因素… 4.5.3硅片表约化学机械德光的原理 4.5链片表面的清洗及其婷理 4.6.1片表面清线的重要性… 42硅片表面可能沾污的杂质… 化学清洗的 1.54去离子水在清洗中的作用 1乐5超声在清洗中的作用…………*… 26 1.5.6真空高处理的清洗作用 45.7硅片清洗所用的化学清洗倒和清洗L艺的篡理 4.7去离子水的制备 4.7.1离子交炭树斷 4.7,2 离f交原理 即mmm 1.3去离子水的制备工艺 4.7.4反透法制备纯水 参考文螈 第五章硅和硅基薄膜的外延生长…………… 5.1概述“… 80 1.1硅外延技术发展历吏…… 5.1.2外延技术在器件工艺中的应用 5.2硅的气相外延生长 5.21气相外廷的生长机理 522常规CVD外廷技术 5.3硅的分子束外廷…………… .3.1发展历史 5.3.2分子束外延设备………… 5.3.3硅然分子束外廷生长机莲………m……… 5.3.4外延温度………… 5.4硅的液桕外恁“ t.1硅液相外廷的基本原 啪粥肥训那 5.4.2硅液相外廷中溶的择 5.4.3姓液相外廷生长系统 1.:硅液桁外廷的优缺点 32 5,4.5硅液相外延层的些性质… 6硅液相外廷的用和羰望 5.5硅的周相外延……… 5.1无分质输运情况 5.5.2介质验运生长
目秉 5.5.3SPE汰的用… 5.5于硅相关的异质外延技本…… 6.1异质外延中的普塞性问题… 57硅片的直接键合 5.7.1片的直接键合1艺… 7.2硅片的直接键合机焊“… 573影响片的直接键合工艺的因素 5.7.4硅片的直接键合界源的特性…… 75崭片接键合工艺的检技 …352 5.8 Seari-tut艺 5.9金围石上牛长硅SOD 参考文粽 第六章硅材料的测试与分析 6,1娃材料的电学性能测量 6.1.1导电裂号……… 6.1.2电阻率 1.3少了寄自 6.1.4霍尔尾 6.1.5迁移率… 6.⊥.6深能缓瞬态浒……… 乐2硅材料物理化学性能的分析方话………31 6.2.1X射线分析… 6.22电了束分析…… 38 6.3克谓分析 62.4能谱分析 625其他分析方法 6.3硅单品结构特性的检衡 39 6.3.1最向的涛定 392 表面机械损伤和硅单品中院变的测域 5.3.3单品中品格缺腐的癬… 393 3.4要的测量 参考文帐… 菊七章硅中的缺陷 鞋中缺的特点… …42 7L.1硅屮的点缺陷…,… 71.3鞋屮的维层锖和不全位错 +*:424 7.2原生长缺陷
哇材料科学与技木 7.2,1位 7.3T艺诱生缺陷“… 3.1热吃力诱生的滑移位移 3.2扩散诱生位 3.3氣化诱生垛层错 7.3.4表百缺陷 3.5氧沉綻及其他体缺阶 7.4缺陷工程 2非本让吸杂 7.3本饪鬟杂 7.4.!非本征吸杂对本征吸杂的影响……………… 1.5透射电子副泼镜技术在守中妹究斤酊的应用……… 51电昱镜的荔本知识 75.2关于硅片热处理后产生的层错的透封电镜研究 低5mm2m 5.3关十品体中潋谒缺的本质的透射电镜阴究……………,… 75.4原生CZ品体中的红外散射缺陷”研究 55微砝单品中的氧沉淀形态 75.6高空(VD极低温低压外廷与高分频TEM分析研究……………m…83 参考文棘……… 第八章硅中的杂质 81中的 81.母中氢的基本竹质 8.1.2中宝的测量… 8.1.3施主……… 8L.4氧沉淀… 81.5内吸杂 8.2中约碳 8.2.中袋的幕本性质 8.2.2中碳的测量 4 508 8.2.3中表和的作用… 8.2中装和微法陷及其来质的相生作川………………310 8.3硅中的氮……… 8.3.中的基本性质…………… 8.3.2中的测性…………………… 8.3.3砝中氮的掺杂 8.3.氮对驻材料性能的影响……………… 8.3,氮的热理性赁 8.3.6氮和的相互作用
日景 8.3.7氮和保的相互作用 521 8A硅中的氢…,…,,, 84.1硅中氢的基本性质…………………… 8.4.2硅中氢的测量…,…m…m… 8.4.3区硅单品中的氢…… 8.4.4氯和氧的相互作用… 8..5氢和傲缺陷及其他杂质的相互作用 3.5硅中的过護金漏 8.5.1台闻杂质对材料和器件性能的影响 8.5.2硅中金画的污途径和挖制 8.5.3盒圆杂质的测量 85.4含圆杂质的基本性质… 8..5硅中金复合体与沉淀 8.5.6金吸杂 538 参考文……………………… 判录非平衡态热力学的基知识
第一章硅的基本性质 国元素周開表第三期Nx族,原了序数14,原子量28.185.硅了的电子排布为 s22s2yF,原子价主要为4价,其次为2价,因面硅的化合物有二价化合物和四化合物四纷 化合物比较稳定地球上硅的丰度为25.8%硅在自然界的同代素及其所占夠比例分别为:3S为 23%,S为4.67%,s为310%硅嶄体中原子以共价键结合,并具有正因血体晶体学特征 在压下,砖品体共有金石结构格常数a=0.5{30m,压至15(P,则变为面心立方型 a=.6636nm 时是重要的元素半导体是电子工业的基甜材料它的许多重要的物理化学性质,如表1.1 表1.1硅的轴化学性质(30ky 7 密夏分子密度 OSX 140- 合刚 找导车同液) 180(3)484熔 硬度(氏/务氏 Ca I 15.7M X to 去) 诉射 体和系数 本中x十分F,奥子要,度的年位军为mm:
