硅集成電路工藝基礎重點

1、1SiO2的結構和性質:①分為結晶形和非結晶形（無定形），均由SiO四面體組成：中心硅原子，四個頂角氧原子，形成OSiO鍵橋，相鄰四面體靠此鍵橋連接。結晶形SiO2—由SiO四面體在空間規(guī)則排列所構成。非結晶形SiO2—依靠橋鍵氧把SiO四面體無規(guī)則地連接起來，構成三維的玻璃網絡體。②熱氧化制備SiO2的過程中，是氧或水汽等氧化劑穿過SiO2層，到達SiSiO2界面，與Si反應生成SiO2，而不是Si向SiO2外表面運動、在表面與氧化劑

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

3、擴散系數DSiO2很小時稱為擴散控制，二當擴散系數DSiO2很大時稱為反應控制。3決定氧化常數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，通過改變氧化劑分壓課達到改變二氧化硅的生長速率的目的。（2）氧化溫度，溫度對拋物型速率常數的影響是通過氧化劑在SiO2中的擴散系數產生的。（3）硅表面晶向對氧化速率的影響。（4）雜質對氧化速率的影響4決定熱氧化過程中的雜質在分布的因素：a雜質的分凝現象，b雜質通過二氧化硅的表

4、面逸散，c氧化速率的快慢，d雜質在二氧化硅中的擴散速度。5分凝系數與再分布的關系：m=雜志在硅中的平衡濃度雜質在二氧化硅中的平衡濃度四種分凝現象：m1SiO2中慢擴散:Pm1SiO2中快擴散：Ga；6雜質擴散機構：（1）間隙式擴散——雜質在晶格間的間隙運動，（2）替位式擴散——雜質原子從一個晶格點替位位置運動到另一個替位位置。7菲克第一定律：雜質的擴散密度正比于雜質濃度梯度，比例系數定義為雜質在基體中的擴散系數。8恒定表面元擴散：如果在

5、整個擴散中，硅片表面的濃度始終保持不變，就稱為恒定表面源擴散。有限表面源擴散：如果擴散之前在硅片的表面先淀積一層雜質，在整個過程擴散過程中這層雜質做為擴散的雜質源，不再有新源補充，這種擴散交有限表面源擴散。9兩步擴散的工藝：第一步在較低溫度（800－900℃）下，短時間得淺結恒定源擴散，即預淀積；第二步將預淀積的晶片在較高溫度下（1000－1200℃）進行深結擴散，最終達到所要求的表面濃度及結深，即再分布。10氧化增強型擴散：氧化增強擴

6、散（EOD）實驗結果：P、B、As等在氧化氣氛中擴散增強。?氧化增強機理——替位間隙交替的雙擴散：SiSiO2界面產生的大量間隙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以替位方式擴散，無空位時以間隙方式擴散；B、P的間隙擴散作用更強；因此，其擴散速度比單純替位方式快。?Sb的氧化擴散是減弱的：Sb是替位擴散為主。?As氧化增強低于B、P：替位間隙兩種擴散作用相當11發(fā)射區(qū)推進（陷落）效應?定義（實

7、驗現象）：NPN管的工藝中，發(fā)射區(qū)下方的內基區(qū)B的擴散深度大于發(fā)射區(qū)外的基區(qū)擴散深度，這種現象稱為發(fā)射區(qū)推進效應。推進（陷落）機理：②大量過飽和V擴散較遠，深入基區(qū)，增強了B的擴散速度；其特點：質量較大的重粒子，包括離子、中性原子和原子團的能量遠遠低于電子的能量，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：臺階覆蓋好（遷移能

8、力強），附著力得到改善。濺射的方法：直流、射頻、磁控、反應、離子束、偏壓等濺射；19化學氣相淀積（CVD）定義：指使一種或數種物質的氣體，以某種方式激活后，在襯底發(fā)生化學反應，并淀積出所需固體薄膜的生長技術。其英文原名為“ChemicalVapourDeposition”，簡稱為“CVD”。CVD工藝特點：（1）CVD成膜溫度遠低于體材料的熔點或軟點。因此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制了缺陷生成設備簡單，重復性好；（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，由幾百埃至數毫米。且能大量生產；（4）淀積膜結構完整、致密，與襯底粘附性好。Grove模型：Grove模型是一個簡化的模型：忽略了1.反應產物的流速；2.溫度梯度對氣相物質輸運的影響；認為3.反應速度線性依賴于表面濃度。但成功預測了：薄膜淀積過程中的兩個區(qū)域（物質輸運速率限制區(qū)域和表面反應控制限制區(qū)域），同時也提供了從淀積速率數據中對hg和

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

11、對于決定電導率、機械剛度和化學刻蝕特性很重要。加工方法：1）通過LPCVD生長；2）通過全部加熱或局部加熱，使多晶硅或非晶硅再結晶。③非晶硅：晶格不規(guī)則排列。加工方法：1）通過CVD生長。22淀積條件對多晶硅結構及淀積速率的影響：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；625C左右，晶向的晶粒占主導；675C左右，晶向的晶粒占主導；﹥67

12、5C，晶向的晶粒占主導。低溫下淀積的非晶態(tài)薄膜：9001000C重新晶化時，更傾向于晶向結構。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一層單晶薄膜的技術。新生單晶層按襯底晶相延伸生長，并稱此為外延層。長了外延層的襯底稱為外延片。正向外延：低阻襯底材料生長高阻外延層的工藝。反之為反向外延層。材料異同同質外延：生長的外延層與襯底材料相同。SiSi異質外延：生長的外延層與襯底材料不同。SOS技術