寬帶隙半導體材料和工藝

寬禁帶半導體材料和工藝-----彭領2023/2/4WBS需求現(xiàn)狀2023/2/4半導體材料的發(fā)展第一代半導體：元素半導體（Si，Ge）第二代半導體：化合物半導體（GaAs）第三代半導體：寬禁帶半導體（SiC，GaN，金剛石）2023/2/4寬禁帶半導體材料寬禁帶半導體的優(yōu)點：1、禁帶寬度大2、電子飄逸飽和速度高3、介電常數(shù)小4、導熱性能好2023/2/4寬禁帶半導體材料2023/2/4SIC材料晶體結構：多型結構，常見的結構有立方結構的3C-SiC和六方結構的6H-SiC和4H-SiC，目前已被證實的多型體有200多種。其中6H-SiC最穩(wěn)定。純碳化硅是無色透明的晶體。工業(yè)碳化硅因所含雜質的種類和含量不同，而呈淺黃、綠、藍乃至黑色能帶結構：間接躍遷型2023/2/4SIC材料SiC多型結構2023/2/4SIC材料硬度、耐磨性

碳化硅具有高硬度，它的莫氏硬度為9.2—9.3，處于金剛石和黃玉之間，可以切割紅寶石。同樣，它還具有高耐磨性。熱穩(wěn)定性

在常壓下不可能熔化SiC，高壓高溫下，碳化硅的熔點溫度在2830（±40）℃，SiC升華分解為碳和含硅的SiC蒸氣化學性質SiC表面易生成SiO2層，SiC具有良好的抗放射性，SiC器件抗輻射能力是硅的10-100倍。2023/2/4GaN材料隨著半導體材料生長技術的突破和P型GaN的成功制備—1991年世界上第一個藍光GaNLEDs在日本日亞工業(yè)公司問世—標志著新一代LEDs的研制、開發(fā)和應用進入了一個新的時期；GaN具有比SiC更高的遷移率，更重要的是GaN可以形成調制摻雜的GaN結構，該結構可以在室溫下獲得更高的電子遷移率、極高的峰值電子速度和飽和電子速度2023/2/4GaN材料GaN晶格結構2023/2/4GaN材料GaN室溫電子遷移率可達1000m2/(V·S)。GaN基系列半導體材料具有強的原子鍵、化學穩(wěn)定性好，在室溫下不溶于水、酸和堿；

GaN基半導體也是堅硬的高熔點材料，熔點高達約1770℃。

GaN具有高的電離度，在III-V族化合物中是最高的（0.5或0.43）。2023/2/4GaN材料GaN的應用 1、發(fā)光器件（LEDs,LDs); 2、場效應晶體管; 3、紫外光探測器; 4、微波波導 5、光存儲器件2023/2/4SiC工藝SiC器件制造工藝的重要特點： 1、原料來源的無限性； 2、典型的原料純化和加工處理過程； 3、對生物圈造成的能量負荷和生態(tài)負荷低； 4、可以以基體自身的碳形成本征掩蔽膜，也存在本征氧化物SiO2；

2023/2/4SiC工藝制備SiO2的方法熱氧化法化學氣相淀積法熱分解淀積法濺射法真空蒸發(fā)法陽極氧化法等

2023/2/4熱氧化法熱氧化法：硅與氧或水汽等氧化劑在高溫下生成SiO2的過程，具有很高的重復性優(yōu)點：質量好，表面態(tài)密度小，可很好控制界面陷阱和固定電荷，性質不太受濕度和中等熱處理溫度的影響，因此是集成電路中最重要的制備SiO2方法

2023/2/4氧化工藝在半導體生產(chǎn)中普遍采用干-濕-干的氧化方法

2023/2/4氧化工藝熱氧的優(yōu)點：（1）優(yōu)良的絕緣體：電阻率>11020

cm

能帶寬度～9eV（2）高擊穿電場：>10MV/cm（3）穩(wěn)定以及可再生的Si/SiO2界面（4）在裸露硅表面氧化的保形覆蓋好

2023/2/4光刻技術光刻是集成電路工藝中的關鍵性技術，最早的構想來源于印刷技術中的照相制版概念：將掩模版上的圖形（電路結構）“臨時”（嵌套式）轉移到硅片上的過程光刻技術在半導體器件制造中的應用最早可追溯到1958年，實現(xiàn)了平面晶體管的制作光刻工藝的成本在整個IC芯片加工成本中幾乎占三分之一IC集成度的提高，主要歸功用于光刻技術的進步

2023/2/4光刻技術

2023/2/4光刻技術光刻工藝的主要步驟（I）：

2023/2/4光刻技術SiC器件制造工藝的重要特點： 1、原料來源的無限性； 2、典型的原料純化和加工處理過程； 3、對生物圈造成的能量負荷和生態(tài)負荷低； 4、可以以基體自身的碳形成本征掩蔽膜，也存在本征氧化物SiO2；

2023/2/4光刻技術在SiO2薄膜上形成圖形為例2023/2/4曝光工藝紫外（UV）和深紫外（DUV）光源是目前IC工業(yè)上普遍應用的曝光光源UV曝光的主要方法有：接觸式曝光接近式曝光投影式曝光

2023/2/4曝光工藝

2023/2/4曝光工藝

2023/2/4曝光工藝

2023/2/4刻蝕刻蝕，是指用化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程?？涛g的基本目的，是在涂膠(或有掩膜)的硅片上正確的復制出掩膜圖形。