Si集成电路工艺最终版.doc

/link?url=wFLwPP1gI6wEgcfroCgcu_dSU1DuZyHEt9sz6Rfn_5ezoyaawMrjPHXK3eETpXHAhUHmWeOQgEsxl3-ffNpDInT1_gIGZ3B5OsIMSqqVEm1、SiO2的特性：二氧化硅与硅的粘附性好，化学性质比较稳定，绝缘性好、密度大、折射率高、介电强度高、介电常数大。2、SiO2的结构：（1）结晶形SiO2-Si-O四面体在空间上规则排列；（2）无定形SiO2-Si-O四面体在空间上没有一定的规则；3、桥键氧：连接两个Si-O四面体的氧称为桥键氧；非桥键氧：只与一个Si连接的氧称为非桥键氧。4、在无定形的SiO2中，Si、O那个运动能力强，为什么？在无定形的SiO2中，O的运动同硅相比更容易些；因为Si原子要运动就必须打破四个Si-O键，但对氧来说，只需打破两个Si-O键，对非桥键氧只需打破一个Si-O键。5、在热氧化法制备SiO2的生长方向，是氧或水汽等氧化剂穿过SiO2层，到达Si-SiO2界面，与硅反应生成SiO2，而不是硅向SiO2外表面运动，在表面与氧化剂反应生成SiO26、SiO2只与氢氟酸反应【H2(SiF6)、H2O】；只与强碱KOH溶液发生反应【K2SiO3、H2O】7、杂质在SiO2中的存在形式：（1）网络形成者：替代Si-O四面体中心的Si，并能与氧形成网络的杂质。三价杂质使非桥键O数目增加，使SiO2强度下降，而五价杂质能使近邻的一个非桥键O形成桥键O，增强SiO2强度；（2）网络改变者：存在于SiO2网络间隙中的杂质。其往往是以氧化物形式进入SiO2，进入网络后经过电离后把O交给SiO2网络，使非桥键O数目增加，降低了SiO2的强度和熔点。8、水汽对SiO2网络的影响：水汽能以分子态形式进入sio2网络中，并能和桥键氧反应生成非桥键氢氧基，本反应减少了网络中桥键氧的数目，网络强度减弱和疏松，使杂质的扩散能力增强。9、选用SiO2作为掩蔽层的原因：大多数杂质在SiO2中的扩散系数都远远小于在Si中的扩散系数；是否可以作为任何杂质的掩蔽材料？为什么？不能，镓和某些碱金属离子如钠离子在sio2中的扩散系数非常大，所以sio2对镓及钠离子这类杂质起不了掩蔽作用。10、制备SiO2的方法：热分解淀积法，溅射法PVD，真空蒸发法，阳极氧化法，化学气相淀积法CVD，热氧化法等。11、热生长SiO2的特点：生成的SiO2具有很高的重复性和化学稳定性，其物理和化学性质不易受到湿度和中等热处理温度的影响。并且它能够有效的降低Si表面的悬挂键密度，从而降低表面态密度，另外还能很好的控制界面陷阱和固定电荷。12、生长一个单位厚度的SiO2需要消耗0.44个单位的Si，X=Csio2/CsiX013、热氧化的分类：（1）干氧氧化是指在高温下，氧气与硅反应生成SiO2。生成的SiO2具有结构致密、干燥、均匀性和重复性好，掩蔽能力强，与光刻胶黏贴性好。但是生长速率慢，效率低；（2）水汽氧化是指在高温下，硅与高纯水长生的蒸汽反应生成SiO2。具有较高的生长速率，但是反应生成的H2散离过程中使SiO2网络变得疏松，Si-SiO2界面质量差；【H2O比O2在SiO2中有更好的扩散系数和溶解度】（3）湿氧氧化的氧化剂是通过高纯水的氧气，高纯水一般被加热到95摄氏度左右。14、实际生产中制备较厚的SiO2层一般采用干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式，既保证了Si-SiO2界面质量。又解决了生长速率的问题。15、分析Si的热氧化的两种极限情况：当氧化剂在sio2中的扩散系数很小时，氧化剂以扩散方式通过sio2层运动到sio2si界面处的数量极少，以至于到达界面处的氧化剂与si立即发生反应生成sio2，在界面处没有氧化剂的堆积，浓度趋于零，因扩散速度太慢，而大量氧化剂堆积在sio2的表面处，浓度趋于同气相平衡时的浓度。在这种情况下，sio2的生长速率主要由氧化剂在sio2中的扩散速度所决定，称这种极限情况为扩散控制。如果扩散系数很大，在这种情况下，进入sio2中的氧化剂快速扩散到sio2si界面处。相比之下在界面处氧化剂与si反应生成sio2的速率很慢，结果造成氧化剂在界面处堆积，趋向于sio2表面处的浓度。因此，sio2生长速率由si表面的化学反应速度控制，成这种极限情况为反应控制。16、热氧化速率受氧化剂在SiO2的扩散系数和与Si的反应速度中较快还是较慢的影响？较慢的一个因素决定。17、SiO2生长厚度与时间的关系，氧化时间长-扩散控制，氧化时间短-反应控制。18、氧化速度与氧化剂分压、温度成正比19、晶向对氧化速率的影响-不同的晶向所对应的晶面氧化速率的不同是由于各个晶面的键密度不同引起的，一般来时氧化速率由Si-Si键密度决定，但又不是简单的正比关系。20、什么是硅氧化时杂质的分凝现象？任何一种杂质在不同相中的溶解度是不相同的，硅在热氧化时所形成的界面随着热氧化的进行不断向硅中推进，原存在硅中的杂质将在界面两边再分布，直至达到在界面两边的化学势相同，这种现象称为分凝现象。21、Na和Cl对氧化的影响当氧化层中如果含有高浓度钠时，则线性和抛物型氧化速率都明显变大；在干氧氧化的气氛中加氯，氧化速率常数明显变大。22、SiO2和Si-SiO2界面中的四种类型电荷：可动离子电荷、氧化层固定电荷、界面陷阱电荷、氧化层陷阱电荷；可动离子电荷主要以网络改变者形式存在、荷正电的碱金属离子；容易引起MOSFET的阈值电压的不稳定、局部电场加强从而引起mos管栅极的低击穿。1、什么是扩散？集成电路制造中的固态扩散工艺，简称扩散。将一定数量的某种杂质掺入到硅晶体或其他半导体晶体中去，以改变电学性质，并使掺入的杂质数量，分布形式和深度等都满足要求。2、扩散的几种形式间隙式扩散和替位式扩散3、什么是间隙式杂质？存在于晶格间隙的杂质称为间隙式杂质。跳跃率：/exp0kTwpii-=u4、什么是替位式杂质？占据晶格位置的外来原子称为替位式杂质。跳跃率：/)(exp0kTwwpsvv+-=u5、替位式杂质的运动相比间隙式杂质运动更为困难，因为替位式杂质首先要在近邻出现空位，同时还要求靠热涨落获得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。6、菲克第一定律：杂质的扩散流密度J正比于杂质浓度梯度，比例系数D定义为杂质在基体中的扩散系数，流密度的一维表述形式xtxCD7、由菲克第一定律推出扩散系数的表达式)/exp(0kTEDDD-=8、菲克第二定律的表达式9、扩散的两种经典模型。恒定表面源扩散和有限表面源扩散各自的边界条件和初始条件恒定表面源扩散边界条件C(0,t)=Cs如果杂质在硅内要扩散的深度远小于硅片的厚度，则另一个边界条件为C(,t)=0,初始条件C(x,0)=0x0有限表面源扩散初始条件和边界条件：C(x,0)=0xh;C(,t)=0；C(x,0)=Cs(0)=Q/h0xh10、恒定源扩散的杂质浓度服从余误差函数分布，其缺点是很难通过温度来达到控制表面浓度Cs的目的。11、有限表面源扩散杂质浓度服从高斯分布,任何时刻的表面浓度Cs(t)=DtQtCp=),0(12、用两步扩散法-为了同时满足对表面浓度、杂质数量，结深以及梯度等方面的要求。13、氧化层下方扩散能力得到加强：通过空位和间隙两种机制，在氧化界面附近产生大量间隙原子，过剩的间隙原子向内扩散同时，不断与空位复合，过剩的间隙原子浓度随温度而降低，表面处过剩间隙原子和替位原子相互作用，以替位-间隙交替运动。其扩散速度比单纯由替位到替位要快。【对P、B来说间隙时扩散更重要。而对Ti来说它是以扩散机制运动的，所以在氧化层下方Ti的扩散被阻滞】14、什么是发射区推进效应？在npn窄基区晶体管制造中，如果基区和发射区分别扩硼和扩磷，则发现在发射区正下方（内基区）硼的扩散深度，大于不在发射区正下方（外基区）硼的扩散深度，这个现象称为发射区推进效应，或称为发射区下陷效应。15、什么是二维扩散？杂质通过窗口以垂直Si表面扩散的同时，也将在窗口边缘附近的Si内进行平行于表面的横向扩散。即横向扩散与纵向扩散同时进行的扩散称为二维扩散。对器件的影响：由于横向扩散的存在，实际扩散区域要比SiO2窗口的尺寸大，其后果是Si内扩散区域之间的实际距离比由光刻版所确定的尺寸要小。1、离子注入的主要特点（优于扩散的）被选取的离子纯度高、能量单一；精确控制注入到硅中的掺杂原子数目；低温，工艺灵活对化合物半导体伤害小；掺杂深度可通过控制离子束能量高低来实现；衬底温度较低，避免了热缺陷；不受杂质在衬底材料中的固溶度限制；横向效应比热扩散小；硅表面上的薄膜起到了保护作用，防止污染。容易掺杂。2、LSS模型注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程：1、核碰撞（核阻止），电子碰撞（电子阻止），总能量损失是他们的和。3、核阻止和电子阻止分别可视为哪两种模型？核阻止在电子屏蔽和库仑力作用下的弹性小球碰撞；电子阻止类似于黏滞气体的阻力。4、什么是投影射程？什么是平均投影射程？离子在靶内所运动的路程总长度在入射方向上的投影长度，即注入深度，就是投影射程。投影射程的平均值就是平均投影射程。5、注入离子的能量分为三个区域：低能区：在这个区域中核阻止本领占主要地位，电子阻止可以被忽略。中能区：在一个比较宽的区域中，核阻止本领和电子阻止本领同等重要，必须同时考虑。高能区：在这个区域中，电子阻止本领占主要地位，核阻止本领可以忽略。6、沟道效应当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向平行时，就会出现注入深度大于在无定形靶中的深度的现象叫沟道效应。避免：第一、偏移晶向一定的角度；第二、在靶材料表面覆盖一层无定形材料薄膜。7、离子注入形成浅结预先非晶化是一种是实现浅洁的比较理想方法。在注入离子之前，先以重离子高剂量注入，使硅表面变为非晶的表面层，这种方法可以使沟道效应减到最小， 与重损伤注入层相比，完全非晶化层在退火后有更好的晶体质量。8、注入离子与靶原子碰撞时出现的几种情况第一、若传递能量Ed，那么，就不可能有移位原子产生。被碰原子只在平衡位置振动，将获得的能量以振动能的形式传递给近邻原子，表现为宏观的热量。第二、在碰撞过程中，靶原子获得的能量大于Ed而小于2Ed，那么被碰原子本身可以离开晶格位置。称为移位原子，并留一个空位。第三、被碰原子本身移位之后，还具有很高的能量，在它的运动过程中，还可以使它碰撞的原子发生移位。9、级联碰撞与入射离子碰撞而发生移位的原子，称为第一级反冲原子。与第一级反冲原子碰撞而移位的原子称为第二级反冲原子，依次类推，这种不断碰撞的现象叫级联碰撞。10、注入离子在si衬底产生的损伤：第一、在原本为完美晶体的硅中产生孤立的点缺陷或者缺陷群；第二、在晶体中形成局部的非晶区域；第三、由于注入离子引起损伤的积累而形成非晶层。11、以B和AS为例计算80kev的轻离子与重离子对si衬底产生的损伤百分比80kevB注入硅中，1、投影射程250nm,初始阶段能量损失率35ev/nm(电子阻止的能力，每走过1nm损失35ev,)由于一个晶格之间的间距是0.25nm,所以每走过一个晶面所损失的能量为8.75ev（35*1/4=8.75，1nm的损失走过了四个晶面）但8.75ks时，Cs趋向于Cg,这种情况下的淀积速率受表面化学反应速率控制。产生这种极限情况的原因是从主气流输运到硅片表面的反应济数量大于在该温度下表面化学反应所需要的数量hgks时，Cs趋于0，该情况的淀积速率受质量输运速率的控制。产生这种极限情况是因表面化学反应所需要的反应剂数量大于在该温度下由主汽流输运到衬底表面的数量。7、温度和气体流速对淀积速率的影响高温情况下，kshg，淀积速率通常为质量输运控制，而在低温情况下，kshg淀积速率为表面化学反应控制；（注：质量运输系数hg的影响，G增加，增大um或降低ss）气体流速：在气流速率达到1L/min以前，淀积速率仍然遵循与气流速率平方根成正比的关系。然而，如果气流速率持续上升，薄膜淀积速率最终会达到一个极大值，之后与气流速率无关，这是因为当气流速率大到一定程度时，淀积速率转受表面化学反应速率控制。8、CVD系统的分类：按照淀积温度、淀积室内的压力、淀积室壁的温度、淀积反应的激活方式等进行分类，目前常用的CVD系统有：常压化学气相淀积（APCVD）、低压化学气相淀积（LPCVD）和等离子体增强化学气相淀积（PECVD）9、Grove模型给出了我们哪