硅集成電路工藝基礎(chǔ)重點(diǎn)

1、1SiO2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì):①分為結(jié)晶形和非結(jié)晶形（無(wú)定形），均由SiO四面體組成：中心硅原子，四個(gè)頂角氧原子，形成OSiO鍵橋，相鄰四面體靠此鍵橋連接。結(jié)晶形SiO2—由SiO四面體在空間規(guī)則排列所構(gòu)成。非結(jié)晶形SiO2—依靠橋鍵氧把SiO四面體無(wú)規(guī)則地連接起來(lái)，構(gòu)成三維的玻璃網(wǎng)絡(luò)體。②熱氧化制備SiO2的過(guò)程中，是氧或水汽等氧化劑穿過(guò)SiO2層，到達(dá)SiSiO2界面，與Si反應(yīng)生成SiO2，而不是Si向SiO2外表面運(yùn)動(dòng)、在表面與氧化劑

2、反應(yīng)生成SiO2。2SiO2的掩蔽作用:按雜質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置可分為兩類：網(wǎng)絡(luò)形成者和網(wǎng)絡(luò)改變者。網(wǎng)絡(luò)形成者（劑）可以替代SiO2網(wǎng)絡(luò)中硅的雜質(zhì)，也就是能代替SiO四面體中心的硅，并能與氧形成網(wǎng)絡(luò)的雜質(zhì)。特點(diǎn)：離子半徑與硅接近。網(wǎng)絡(luò)改變者（劑）存在于SiO2網(wǎng)絡(luò)間隙中的雜質(zhì)。一般以離子形式存在網(wǎng)絡(luò)中。特點(diǎn)：離子半徑較大，以氧化物形式進(jìn)入SiO2中，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之后便離化，并把氧離子交給SiO2網(wǎng)絡(luò)。硅的熱氧化的兩種極限：一：當(dāng)氧化劑在中的

3、擴(kuò)散系數(shù)DSiO2很小時(shí)稱為擴(kuò)散控制，二當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)DSiO2很大時(shí)稱為反應(yīng)控制。3決定氧化常數(shù)的各種因素和影響氧化速率的因素：（1）氧化劑分壓，在一定的氧化條件下，通過(guò)改變氧化劑分壓課達(dá)到改變二氧化硅的生長(zhǎng)速率的目的。（2）氧化溫度，溫度對(duì)拋物型速率常數(shù)的影響是通過(guò)氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)產(chǎn)生的。（3）硅表面晶向?qū)ρ趸俾实挠绊憽＃?）雜質(zhì)對(duì)氧化速率的影響4決定熱氧化過(guò)程中的雜質(zhì)在分布的因素：a雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象，b雜質(zhì)通過(guò)二氧化硅的表

4、面逸散，c氧化速率的快慢，d雜質(zhì)在二氧化硅中的擴(kuò)散速度。5分凝系數(shù)與再分布的關(guān)系：m=雜志在硅中的平衡濃度雜質(zhì)在二氧化硅中的平衡濃度四種分凝現(xiàn)象：m1SiO2中慢擴(kuò)散:Pm1SiO2中快擴(kuò)散：Ga；6雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)構(gòu)：（1）間隙式擴(kuò)散——雜質(zhì)在晶格間的間隙運(yùn)動(dòng)，（2）替位式擴(kuò)散——雜質(zhì)原子從一個(gè)晶格點(diǎn)替位位置運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)替位位置。7菲克第一定律：雜質(zhì)的擴(kuò)散密度正比于雜質(zhì)濃度梯度，比例系數(shù)定義為雜質(zhì)在基體中的擴(kuò)散系數(shù)。8恒定表面元擴(kuò)散：如果在

5、整個(gè)擴(kuò)散中，硅片表面的濃度始終保持不變，就稱為恒定表面源擴(kuò)散。有限表面源擴(kuò)散：如果擴(kuò)散之前在硅片的表面先淀積一層雜質(zhì)，在整個(gè)過(guò)程擴(kuò)散過(guò)程中這層雜質(zhì)做為擴(kuò)散的雜質(zhì)源，不再有新源補(bǔ)充，這種擴(kuò)散交有限表面源擴(kuò)散。9兩步擴(kuò)散的工藝：第一步在較低溫度（800－900℃）下，短時(shí)間得淺結(jié)恒定源擴(kuò)散，即預(yù)淀積；第二步將預(yù)淀積的晶片在較高溫度下（1000－1200℃）進(jìn)行深結(jié)擴(kuò)散，最終達(dá)到所要求的表面濃度及結(jié)深，即再分布。10氧化增強(qiáng)型擴(kuò)散：氧化增強(qiáng)擴(kuò)

6、散（EOD）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：P、B、As等在氧化氣氛中擴(kuò)散增強(qiáng)。?氧化增強(qiáng)機(jī)理——替位間隙交替的雙擴(kuò)散：SiSiO2界面產(chǎn)生的大量間隙Si與替位B、P等相互作用，使替位B、P變?yōu)殚g隙B、P；B、P在近鄰晶格有空位時(shí)以替位方式擴(kuò)散，無(wú)空位時(shí)以間隙方式擴(kuò)散；B、P的間隙擴(kuò)散作用更強(qiáng)；因此，其擴(kuò)散速度比單純替位方式快。?Sb的氧化擴(kuò)散是減弱的：Sb是替位擴(kuò)散為主。?As氧化增強(qiáng)低于B、P：替位間隙兩種擴(kuò)散作用相當(dāng)11發(fā)射區(qū)推進(jìn)（陷落）效應(yīng)?定義（實(shí)

7、驗(yàn)現(xiàn)象）：NPN管的工藝中，發(fā)射區(qū)下方的內(nèi)基區(qū)B的擴(kuò)散深度大于發(fā)射區(qū)外的基區(qū)擴(kuò)散深度，這種現(xiàn)象稱為發(fā)射區(qū)推進(jìn)效應(yīng)。推進(jìn)（陷落）機(jī)理：②大量過(guò)飽和V擴(kuò)散較遠(yuǎn)，深入基區(qū)，增強(qiáng)了B的擴(kuò)散速度；其特點(diǎn)：質(zhì)量較大的重粒子，包括離子、中性原子和原子團(tuán)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電子的能量，是一種非熱平衡狀態(tài)的等離子體。18濺射原理：氣體輝光放電產(chǎn)生等離子體，具有能量的離子轟擊靶材，靶材原子獲得能量從靶表面逸出被濺射出，濺射原子淀積在表面。優(yōu)點(diǎn)：臺(tái)階覆蓋好（遷移能

8、力強(qiáng)），附著力得到改善。濺射的方法：直流、射頻、磁控、反應(yīng)、離子束、偏壓等濺射；19化學(xué)氣相淀積（CVD）定義：指使一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體，以某種方式激活后，在襯底發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)。其英文原名為“ChemicalVapourDeposition”，簡(jiǎn)稱為“CVD”。CVD工藝特點(diǎn)：（1）CVD成膜溫度遠(yuǎn)低于體材料的熔點(diǎn)或軟點(diǎn)。因此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制了缺陷生成設(shè)備簡(jiǎn)單，重復(fù)性好；（2）薄膜的成

9、分精確可控、配比范圍大；（3）淀積速率一般高于PVD（物理氣相淀積，如蒸發(fā)、濺射等）；厚度范圍廣，由幾百埃至數(shù)毫米。且能大量生產(chǎn)；（4）淀積膜結(jié)構(gòu)完整、致密，與襯底粘附性好。Grove模型：Grove模型是一個(gè)簡(jiǎn)化的模型：忽略了1.反應(yīng)產(chǎn)物的流速；2.溫度梯度對(duì)氣相物質(zhì)輸運(yùn)的影響；認(rèn)為3.反應(yīng)速度線性依賴于表面濃度。但成功預(yù)測(cè)了：薄膜淀積過(guò)程中的兩個(gè)區(qū)域（物質(zhì)輸運(yùn)速率限制區(qū)域和表面反應(yīng)控制限制區(qū)域），同時(shí)也提供了從淀積速率數(shù)據(jù)中對(duì)hg和

10、ks值的有效估計(jì)。20CVD系統(tǒng)的分類：化學(xué)淀積方法:1.常壓化學(xué)氣相淀積APCVD，2.低壓化學(xué)氣相淀積LPCVD，3.等離子化學(xué)氣相淀積PCVD21硅的三種形態(tài)：?jiǎn)尉Ч?、多晶硅和非晶硅。①單晶硅（SCS）：晶格規(guī)則排列。加工方法：1）通過(guò)高溫熔融再結(jié)晶生長(zhǎng)單晶硅圓片；2）外延生長(zhǎng)硅薄膜；3）通過(guò)全部加熱或局部加熱，使多晶硅或非晶硅再結(jié)晶。②多晶硅（Polysi）：有多種晶疇。每個(gè)晶疇里，晶格規(guī)則排列。但相鄰區(qū)域晶向不同。晶界（疇壁）

11、對(duì)于決定電導(dǎo)率、機(jī)械剛度和化學(xué)刻蝕特性很重要。加工方法：1）通過(guò)LPCVD生長(zhǎng)；2）通過(guò)全部加熱或局部加熱，使多晶硅或非晶硅再結(jié)晶。③非晶硅：晶格不規(guī)則排列。加工方法：1）通過(guò)CVD生長(zhǎng)。22淀積條件對(duì)多晶硅結(jié)構(gòu)及淀積速率的影響：淀積溫度、壓力、摻雜類型、濃度及隨后的熱處理過(guò)程：﹤580C非晶態(tài)薄膜；﹥580C多晶薄膜。晶向優(yōu)先方向：580600C，晶向的晶粒占主導(dǎo)；625C左右，晶向的晶粒占主導(dǎo)；675C左右，晶向的晶粒占主導(dǎo)；﹥67

12、5C，晶向的晶粒占主導(dǎo)。低溫下淀積的非晶態(tài)薄膜：9001000C重新晶化時(shí)，更傾向于晶向結(jié)構(gòu)。淀積的速率隨壓力的上升而加快。23、外延：定義:外延(epitaxy)是在單晶襯底上生長(zhǎng)一層單晶薄膜的技術(shù)。新生單晶層按襯底晶相延伸生長(zhǎng)，并稱此為外延層。長(zhǎng)了外延層的襯底稱為外延片。正向外延：低阻襯底材料生長(zhǎng)高阻外延層的工藝。反之為反向外延層。材料異同同質(zhì)外延：生長(zhǎng)的外延層與襯底材料相同。SiSi異質(zhì)外延：生長(zhǎng)的外延層與襯底材料不同。SOS技術(shù)