硅集成電路工藝基礎(chǔ)重點(diǎn)

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1、1SiO2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì):①分為結(jié)晶形和非結(jié)晶形（無定形），均由Si-O四面體組成：中心-硅原子，四個(gè)頂角-氧原子，形成O-Si-O鍵橋，相鄰四面體靠此鍵橋連接。結(jié)晶形SiO2—由Si-O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Si-O四面體無規(guī)則地連接起來，構(gòu)成三維的玻璃網(wǎng)絡(luò)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(dá)Si-SiO2界面，與Si反應(yīng)生成SiO2，而不是Si向SiO2外表面運(yùn)動、在表面與氧化劑反應(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

2、代SiO2網(wǎng)絡(luò)中硅的雜質(zhì)，也就是能代替Si-O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，通過改變氧化劑分壓課達(dá)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(shù)的影

3、響是通過氧化劑在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?。?）雜質(zhì)對氧化速率的影響4決定熱氧化過程中的雜質(zhì)在分布的因素：a雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象，b雜質(zhì)通過二氧化硅的表面逸散，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：m<1，SiO2中慢擴(kuò)散：B；m<1,SiO2中快擴(kuò)散：H2氣氛中的B；m>1,SiO2中慢擴(kuò)散:P;m>1,SiO2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，（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)動到另一

4、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)過程擴(kuò)散過程中這層雜質(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)散（EOD）實(shí)驗(yàn)結(jié)

5、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：Si-SiO2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)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大量過飽和V-擴(kuò)散較

6、遠(yuǎn)，深入基區(qū)，增強(qiáng)了B的擴(kuò)散速度；②P+V-2的分解導(dǎo)致大量的間隙Si，也增強(qiáng)了B擴(kuò)散。12LSS模型：認(rèn)為電子是自由電子氣，類似黏滯氣體。Se(E)=(dE/dx)e=CV=ke(E)1/2(dE/dx)e--電子阻擋能量損失率；V-注入離子速度；C為常數(shù)，ke-與Z1、Z2、M1、M2有關(guān)的常數(shù)13橫向效應(yīng)：a橫向效應(yīng)和能量成正比；b是結(jié)深的30%-50%；c窗口邊緣的離子濃度是中心處的50%；溝道效應(yīng)：溝道效應(yīng)：離子沿溝道前進(jìn)，核阻擋作用小，因而射程比晶靶遠(yuǎn)的多，好處是結(jié)較深，晶格損傷小，不利的是難于獲得課重復(fù)的濃度分布，使用價(jià)值小。減小溝道效應(yīng)的途徑是：a注入方向偏離

7、晶體的主軸方向，典型值是7度。b提高溫度。C增大劑量。d淀積非晶表面層。e在表面制造損傷層。14注入損傷是咋樣造成，都有那些損傷？在離子注入的過程中，襯底的晶體結(jié)構(gòu)收到損傷是不可避免的，在進(jìn)入靶內(nèi)的離子，通過碰撞把能量傳遞給靶原子核及其電子，不斷的損失能量，最后停止在靶里的某一位置。損傷有以下幾種：①散射中心：使遷移率下降；②缺陷中心：非平衡少子的壽命減少，漏電流增加；③雜質(zhì)不在晶格上：起不到施主或受主的作用。15熱退火：如果將注有離子的硅片在一定的溫度下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r(shí)間熱處理，則硅片中的損傷就可能部分