半导体工艺原理复习资料.doc

第一章晶体生长技术（直拉法（CZ）、区熔法（FZ））。半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。N型半导体（电子型半导体），自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入五价元素（如磷），自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。P型半导体（空穴型半导体）即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入三价元素（如硼）。空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。难生长大直径硅晶棒。低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用。CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。影响因素：拉伸速率、旋转速率。硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量制备流程：整形处理，去掉两端，径向研磨。硅片制作流程：磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HNO3+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污）晶体缺陷：点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）；位错；层错。杂质的作用：调节硅原子的能级，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，导带，禁带，价带。如果所有的自由电子都在价带上就是绝缘体；如果所有的自由电子都在导带上就是导体。半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的；受主能级要么距离价带很近（如硼），是接受电子的。第二章N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑SbP型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B掺杂：改变材料电学性质、制作PN结、集成电路的电阻器、互联线的目的。掺杂的主要形式：注入和扩散退火：（热处理）集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程。目的：1.激活杂质2.消除损伤3.结构释放后消除残余应力退火方式：1.炉退火2.快速退火缺点：清除缺陷不完全，注入杂质激活不高，退火温度高、时间长，导致杂质再分布。快速退火优点：先熔化、再结晶、时间快，杂质束不及扩散扩散：在一定温度下杂质原子具有一定能量，能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。形式：替代式扩散和间隙式扩散恒定表面浓度扩散和再分布扩散F=—DF为掺入量D为扩散率N每单位体积中掺入浓度扩散方式：气态源扩散、液态源扩散、固态源扩散扩散源扩散系统扩散工艺影响因素硼B硼酸三甲酯，硼酸三丙酯N2气源、纯化、扩散源、扩散炉预沉积，去BSG，再分布气体流量、杂质源、温度磷PPOCl3，PCl3，PBr3O2和N2气源、纯化、扩散源、源冷却系统、扩散炉预沉积，去PSG，再分布扩散工艺主要参数：1.结深：结距扩散表面的距离叫结深。2.薄层电阻3.表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。.结深：浓度：（余误差）费克第一定律：（扩散粒子流密度，D粒子的扩散系数）杂质扩散方程（费克第二定律）：费克定律的分析解：1.恒定表面浓度扩散，在整个过程中杂质不断进入硅中，而表面杂质浓度始终保持不变。余误差：特征扩散长度2.结深：=3.简单理论的修正：二维扩散（横向扩散）实际扩散区域大于由掩膜版决定的尺寸，此效应将直接影响到VLSI的集成度表面浓度的大小一般由扩散形式、扩散杂质源、扩散温度和时间所决定。固态源扩散：1.箱法B扩散（B2O3或BN源，石英密封箱）2.片状BN扩散（氧气活化，氮气保护，石英管和石英舟，预沉积和再分布）3.片状P扩散（扩散源为偏磷酸铝和焦磷酸硅）4.固-固扩散（乳胶源扩散）测结深：滚槽法、磨角法、断面SEM法测薄层电阻：四探针法、范德堡法杂质浓度分布的测量：电容法、扩展电阻法、剥层法、扫描电容显微法污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具参量控制：温度，时间，气体流量离子注入：将掺杂剂通过离子注入机的离化、加速和质量分析，成为一束由所需杂质离子组成的高能离子流而投射入晶片（俗称靶）内部，并通过逐点扫描完成整块晶片的注入。掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定与热扩散工艺相比有如下优点：（Ⅰ）可在较低的温度（低于750℃）下，将各种杂质掺入到不同半导体中，避免了由于高温处理而产生的不利影响。（Ⅱ）可精确控制能量和剂量，从而精确控制掺入基片内杂质的浓度、分布和注入深