硅集成电路专业考试基础知识.docx

1、第一章：1.常用的半导体材料为何选择硅（1）硅的丰裕度。消耗更低的成本；（2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。硅1412锗937（3）更宽的工作温度。增加了半导体的应用范围和可靠性；（4）氧化硅的自然生成，高质量、稳定的电绝缘材料si,金刚石110面（线）密度最大，111面（线）密度最小2.缺陷：原生缺陷（生长过程）、有害杂质（加工过程）（1）点缺陷：自间隙原子、空位、肖特基缺陷（原原子跑到表面）、弗伦克尔缺陷（原原子进入间隙）、外来原子（替位式、间隙式）（2）线缺陷：位错（刃位错（位错线垂直滑移方向）、螺位错（位错线平行滑移方向）、扩展位错（T增大，位错迁移）（3）面缺陷：层错（分界面上的

2、缺陷，与原子密堆积结构次序错乱有关）（4）体缺陷：杂质沉积析出（5）有害杂质：1）杂质条纹：电活性杂质的条纹状缺陷，造成晶体电阻率的微区不均匀性2）有害杂质(三类)：非金属、金属和重金属非金属：O,C重金属：铁、铜（引入复合中心，减小载流子寿命；易在位错处沉积）金属:Na,K（引入浅能级中心，参与导电；Al引入对N型材料掺杂起补偿作用）3.对衬底材料要求：通过单晶生长过程中的质量控制和后续处理来提高单晶的质量,使之趋于完美。减少单晶材料缺陷和有害杂质的后续处理方法通常采用吸除技术。吸除技术主要有物理吸除、溶解度增强吸除和化学吸除。1）物理：本征，背面损伤，应力，扩散2）溶解度增强：T增加，固溶

3、度增加，杂质运动能力增加，难以沉积3）化学：含氮气体与硅表金属杂质反应，产生挥发性产物缺陷要求，参数均匀性要求，晶片平整度要求4.区熔法:将籽晶与多晶棒紧粘在一起,利用分段熔融多晶棒,在熔区由籽晶移向多晶另一端的过程中,使多晶转变成单晶体。1)水平区熔法（布里吉曼法）-GaAs单晶2)悬浮区熔法(FZ)可制备硅、锗、砷化镓等多种半导体单晶材料5.单晶整形：单晶棒存在细径、放肩部分和尾部。从晶片等径和电阻率均匀性要求出发,必须去掉这些部分,保留等颈部分。将单晶棒分段分割，分割下的不合要求的单晶可作为冶金级硅回收。硅单晶存在外表面毛刺、直径偏差等现象, 需对单晶棒外圆进行滚磨整形,使单晶棒直径达到

4、要求外圆滚磨包括两个步骤:用液体研磨料研磨去除表面毛刺，再用砂轮研磨使直径符合规格要求。6. 晶体定向：晶体定向的方法主要有光图像法（基于硅晶体各向异性的特点）、X射线法（劳埃法和转动晶体法）和解理法。7. 晶面标识主定位面：用来识别晶向和导电类型8. 晶片加工（1） 切片：是将已整形、定向、标识的单晶材料,按晶片晶向要求切割加工成符合一定规格要求的薄片。包括：切片、边缘倒角。1）切片的方法:固定磨粒法、游离磨粒法、加热升华法。切割设备：内圆切割法、外圆切割法、带式往复切割法、导丝切割法、超声波切割法和电子束切割法2）必须研磨去除晶片边缘棱角,这一过程称之为边缘倒角。（2）由于切片后的晶片存在

5、表面损伤层及形变,为了去除损伤层,并使晶片厚度、翘曲度等得到修正。常采用研磨方法进行进一步加工,这一过程称之为磨片。1）行星磨片法,它有单面磨片和双面磨片两种方式。行星磨片法要求磨板材料具有较高硬度、很高的平行度和较高的光洁度。2）研磨料有氧化铝、碳化硅、氧化锆和二氧化硅形状：研磨料过于锋利，研磨表面光洁度差、损伤大，但过于圆滑则磨削速度慢;研磨料粒径应尽可能均匀，少量过大粒径颗粒的混入会造成表面损伤。粒度：太小则研磨速度慢；粒度过大，造成磨痕过粗过深、研磨片光洁度低，机械损伤大，甚至会出现裂纹。研磨压力：过大压强则又会造成磨料破碎,从而划伤晶片;压强太小,则研磨效率低。9. 抛光（1）磨片后

6、的晶片表面仍有1020微米的损伤层，需要进一步去除，以提高表面光洁度和平整度，这一过程即为抛光。抛光前一般要进行化学腐蚀。（2）抛光的方法主要有:机械抛光（机械抛光获得的平整度较高,但表面光洁度差，损伤层深）、化学抛光（抛光速度快、光洁度高, 损伤层小,但平整度差、平行度较差，抛光一致性也较差）、化学机械抛光（获得较完美的表面，又可以得到较高的抛光速率）。（3）质量监测聚光灯照射：表面形貌主要涉及表面波纹状起伏、桔皮纹、雾状物、划痕10. 加工环境：集成电路加工环境是指集成电路在加工过程中所接触的除单晶材料、加工设备及加工技术之外的一切物质。工艺的精细化、材料的超纯化、设备的精密化,加工环境的

7、超净化净化空气，洁净加工工具和传输系统，超纯试剂、气体，低温处理，减少来自加工人员的污染。11. 比较硅单晶锭CZ、MCZ和FZ三种生长方法的优缺点？答：CZ法工艺成熟可拉制大直径硅锭，但受坩锅熔融带来的O等杂质浓度高，存在一定杂质分布，因此，相对于MCZ和FZ法，生长的硅锭质量不高。当前仍是生产大直径硅锭的主要方法。MCZ法是在CZ技术基础上发展起来的，生长的单晶硅质量更好，能得到均匀、低氧的大直径硅锭。但MCZ设备较CZ设备复杂得多，造价也高得多，强磁场的存在使得生产成本也大幅提高。MCZ法在生产高品质大直径硅锭上已成为主要方法。FZ法与CZ、MCZ法相比，去掉了坩埚，因此没有坩埚带来的污

8、染，能拉制出更高纯度、无氧的高阻硅，是制备高纯度，高品质硅锭，及硅锭提存的方法。但因存在熔融区因此拉制硅锭的直径受限。FZ法硅锭的直径比CZ、MCZ法小得多。第二章：1. SiO2性质：SiO2是一种十分理想的电绝缘材料；化学性质非常稳定；耐击穿能力很强；SiO2对某些杂质具有很好的掩蔽特性，从而可以实现选择性扩散；热氧化法制备的SiO2由于性能好、掩蔽能力强，得到广泛的应用。密度：无定形SiO2密度一般2.20g/cm3；折射率：SiO2的折射率为1.46；电阻率： SiO2是良好的绝缘体，其禁带宽度9ev。介电强度：用作绝缘介质时，常用介电强度表示SiO2薄膜耐压能力。介电常数：表征电容性

9、能的参数，MOS电容器化学性质：SiO2的化学性质稳定，常温下只和HF反应。SiO2与强碱溶液也发生极慢的化学反应，生成硅酸盐。SiO2+6HFH2(SiF6) +2H2O（刻蚀）2. SiO2结构：二氧化硅按其结构一般有晶态和非晶态两种。主体结构单元为硅氧四面体构成的三维无序组合的网络结构。晶态：O-Si-O的键角10928非晶态： O-Si-O的键角110180，峰值144（热氧化法）3. 杂质在SiO2中的存在形式：(1) 氧化硅介质膜可显著地抑制掺杂元素在其体内的热迁移，这是硅晶体管和集成电路得以实现选择性扩散的重要因素之一。(2) 存在于氧化硅介质膜中的各类杂质绝大部分处于电离状态，

10、并多数以正离子的形式处于网络形成剂或网络改变剂的状态。网络形成者（可代替Si）：35族 网络强度增强网络改变者(存在于间隙中）：半径大 网络强度下降，介电常数下降，熔点下降4. SiO2薄膜在工艺中的作用（掌握）杂质扩散的掩蔽膜；器件薄膜的钝化、保护膜；IC隔离介质和绝缘介质；MOS电容介质；MOSFET的绝缘栅介质。三种方法：热氧化法、化学气相淀积法、物理气相淀积法（溅射）5. 实现SiO2的扩散掩蔽作用的条件不但要求杂质的DSiDSiO2,，而且要有一定的厚度，最小掩膜厚度ZOX,min：6. 热氧化法指硅与氧或水汽等氧化剂在高温下经化学反应生成SiO2的过程。随反应的进行，在干氧40，湿

11、氧1000时，反应由表面化学反应控制转变为扩散控制。(1) 特点：重复性好、生成的SiO2薄膜化学稳定性好，物化性质受湿度、中等热处理温度影响小，表面悬挂键少，并且可很好地控制界面陷阱和固定电荷等优点(2) 二氧化硅的厚度：(3) 三种制备方法：氧化剂由气体内部传输到气体/氧化物界面；通过扩散穿过已经形成的氧化层；在氧化层/硅界面发生化学反应。1) 干氧氧化Si(固体）O2SiO2(固体）速度慢、均匀重复性好、薄膜致密、掩蔽性好2) 水蒸汽氧化Si(固体）H2OSiO2(固体）+2H2速度最快、均匀重复性差、薄膜疏松、掩蔽性较差 1023)湿氧氧化Si(固体）O2SiO2(固体）Si(固体）H

12、2OSiO2(固体）+2H2 速度快、均匀重复性较好、薄膜中等、掩蔽性基本满足 95实际生产：干氧湿氧干氧（三明治结构）4）其他：氢氧合成氧化 掺氯氧化7. 影响表面氧化的三个关键因素（1）温度（温度越高，反应速度越快）（2）氧化剂的有效性（主要影响因素）扩散系数（水在氧化硅中的扩散系数远大于氧的扩散系数，随氧化硅的厚度增加，生长速率降低）溶解度（在氧化硅层中，水的溶解度比氧高约600倍）气体压强（2） 硅表面势或表面能（表面势与硅的晶向、掺杂浓度、氧化前的表面处理有关，在所有晶向中，（111）方向氧化速率最高）第三章：1. 掺杂原理：就是将所需的杂质，以一定的方式加入到半导体晶片中，并使其在

13、晶片中数量、分布形式和深度的分布符合预定的要求的集成电路制造工艺。1) 掺杂的作用：制作pn结、欧姆接触区、IC中的电阻器、硅栅和硅互连线等，是改变晶片电学性质，实现器件和电路纵向结构的重要手段。2) 掺杂技术包括热扩散、离子注入、合金和中子嬗变等方法。2. 扩散原理：由温度梯度及某元素在某物体内部存在着不同位置点的数量差异所产生的使温度趋于平衡、浓度趋于均匀的定向运动。1) 本质上：扩散是微观粒子做无规则热运动的统计结果。方向上：高浓度向低浓度扩散。2) 扩散的发生需要两个必要的条件：浓度差；必须的能量。3. 扩散形式：(1) 间隙式扩散：1)杂质离子位于晶格间隙，间隙杂质从一个间隙到另一个

14、间隙是通过原子间的缝隙进行的，这种依靠间隙方式而逐步跳跃前进的扩散方式称为间隙式扩散。2)只有靠热涨落才能获得Wi的能量,才能跃迁至相邻间隙位置。跃迁几率为：(2) 替位式扩散：1)杂质离子占据硅原子的位置，替位式跃迁首先要求存在着能够允许杂质原子迁移进去的空位2)只有靠热涨落才能获得Ws的能量,才能跃迁至相邻空位位置;每个格点上出现空位的几率就为。跃迁几率4. 扩散系数和扩散方程(1) 菲克第一定律：1）杂质的扩散流密度J（将单位面积在单位时间内通过的粒子个数定义为流密度）正比于杂质浓度梯度，比例系数D为扩散系数，x为由表面算起的垂直距离（cm），t为扩散时间。2）浓度差是粒子宏观迁移的外部

15、必要条件，迁移宏观上总是由高浓度向低浓度地方进行。(2) 扩散系数:1) 定义：表示粒子扩散快慢的物理量:D=D0exp(-E/kT) E=Ws+Wv或E=Wi快扩散杂质:间隙式杂质（原子半径小） 慢扩散杂质:替位式杂质2） 影响因素：温度：扩散系数与绝对温度的倒数呈负指数关系。温度即使只偏差1左右，扩散系数偏差510E：E增大，D减小杂质：慢扩散杂质D受温度影响大内建电场、衬底掺杂浓度(2) 菲克第二定律5. 扩散杂质的分布：(1) 恒定表面源扩散：扩散过程中，硅片表面杂质浓度始终不变这种类型的扩散称为恒定表面源扩散。（预淀积，箱法扩散）其扩散后杂质浓度分布为余误差函数分布：(2) 有限表面

16、源扩散：扩散前在硅片表面先淀积一层杂质，在整个过程中，这层杂质作为扩散源，不再有新源补充，杂质总量不再变化。（再分布）其扩散后杂质浓度分布为高斯函数分布：(3) 两步扩散工艺第一步：较低温度下，预淀积；目的:准确控制表面杂质总量Q。第二步：较高温度下，再分布；目的：达到所需的Ns和Xj (4) 实际杂质分布(影响杂质分布的其他因素）：1） 硅中的点缺陷：浅能级杂质，高温下全部电离，从而带电，会对周期性晶格产生扰动，扩散时得主要点缺陷：空位、间隙原子、间隙原子团。2） 氧化增强：3） 实际分布：4） 硅片晶向：5) 二维扩散:一般横向扩散(0.750.85)*Xj(Xj纵向结深)；高浓度扩散时，

17、横向扩散距离：6570Xj第四章：离子注入1. 定义：离子注入是一种将具有很高能量的可控制数量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术。它是一个物理过程，即不发生化学反应。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。2. 离子注入特点：优点：掺杂的均匀性好、污染小温度低：小于400可以精确控制杂质分布（数量和深度）可以注入各种各样的元素、无固溶度的限制横向扩展比扩散要小得多。可以对化合物半导体进行掺杂缺点：损伤(缺陷)较多:必须退火。成本高3. 离子注入设备4. 能量损失模型(1) 核阻挡模型:(2) 电子阻挡模型:(3) 两者比较：5. 注入深度(1) 总射程R:离

18、子从进入靶到停止为止走过的总距离E0Ec,即以电子阻挡为主，令Sn(E)=0,则Rk2E01/2(2) 投影射程XP：射程在入射方向的投影长度(3) 射程横向分量：射程在垂直于入射方向的平面内投影长度(4) 平均投影射程RP：所有入射离子投影射程的均值(5) 标准偏差（投影偏差）RP反映了RP的分散程度（分散宽度）6. 横向效应7. 沟道效应入射离子的阻挡作用与晶体取向有关,可能沿某些方向由原子列包围成直通道称为沟道，离子进入沟道时，沿沟道前进阻力小，射程要大得多。抑制沟道效应：倾斜角、晶片表面涂上非晶系结构材料、硅表面制造损伤层、提高温度、增大剂量8. 注入损伤(1) 损伤的形成：(2) 级

19、联碰撞：因碰撞而离开晶格位置的原子称为移位原子。注入离子通过碰撞把能量传递给靶原子核及其电子的过程，称为能量淀积。离子注入主要为弹性碰撞。移位原子也称为反冲原子，与入射离子碰撞产生移位的原子，移位原子又会和相邻原子碰撞，形成级联碰撞。级联碰撞-损伤-非晶层(3) 损伤形式：1） 孤立的点缺陷或缺陷群，2） 局部非晶层，一般与低剂量的重原子注入有关，3） 非晶层，局部非晶层的相互重叠，9. 退火将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮、氩等高纯气体的保护下，经过适当时间的热处理，部分或全部消除硅片中的损伤，少数载流子的寿命及迁移率也会不同程度的得到恢复。普通热退火、硼的退火特性、磷的退火特性、扩散效

20、应、快速退火(1) 普通热退火：退火时间通常为15-30min，使用通常的扩散炉，在真空或氮、氩等气体的保护下对衬底作退火处理。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。优点：廉价，方便(2) 硼的退火特性：区单调上升：点缺陷、陷井缺陷消除、自由载流子增加区出现反退火特性：代位硼减少，淀积在位错上区单调上升剂量越大，所需退火温度越高。(3) 磷的退火特性：杂质浓度达1015以上时出现无定形硅，退火温度达到600800(4) 扩散效应：(5) 快速退火：第五章：物理气相淀积(PVD)利用某种物理过程，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。如物质的热蒸发或在

21、受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象。1. 热蒸发：(1) 定义：蒸发材料在真空室中被加热到足够温度时，其原子或分子就会从表面逸出， 这种现象叫做热蒸发。(2) 设备：蒸发法薄膜沉积设备结构示意图1）真空系统2）蒸发系统（加热、测温）3）基板及加热系统放置硅片、衬底加热、测温）(3) 蒸发过程：1）加热接近或到熔点，固体汽化，溢出2）汽化原子或分子在源与基片间的输运3）被蒸发原子或分子在衬底的淀积成膜 2. 真空蒸发理由：（1）真空度很低，原子碰撞，运动方向不断改变，很难保证有效淀积。（2）真空度低，残余气体中的氧和水汽，会使金属原发生氧化，同时也将使加热的衬底表面发生氧化。（3）残余气体及

22、杂质原子也会淀积在衬底上，从而严重地影响了淀积薄膜的质量。3. PVD特点：（1）蒸发速率与蒸发温度、蒸发面积、表面清洁度、加热方式有关。因平衡蒸汽压随温度变化很快，故温度是影响蒸发速度最主要因素。（2）不同种类的蒸发源：1）纯元素：以单个原子的形式蒸发进入气相（金属）、以原子团的形式蒸发进入气相（熔点低）、石墨C（高温放电）2)化合物热蒸发：薄膜成分偏离源物质的原因：蒸发出来的物质蒸气可能不同；气相分子还可能发生一系列的化合与分解反应。3) 合金：近似纯元素蒸发过程4) 解决方法：使用足量的物质作为蒸发源，即尽量减小组元成分的相对变化率；向蒸发容器内不断地、每次加入少量被蒸发物质，实现同步蒸

23、发；加热双蒸发源或多蒸发源，分别控制和调节每个组元的蒸发速率。如在利用蒸发法沉积-V化合物薄膜的情况下，可以使用所谓的三温度法。（3） 不同种类的加热源：电阻加热源：结构简单、廉价、易制作电子束蒸发源电弧蒸发源：1） 优点：避免电阻加热材料或坩埚材料的污染；加热温度高，适用于溶点高、同时具有一定导电性的难熔金属、石墨等的蒸发；简单廉价2） 缺点：在放电过程中容易产生微米量级大小的电极颗粒的飞溅，从而会影响被沉积薄膜的均匀性激光加热源：1） 优点：避免电阻加热材料或坩埚材料的污染；加热温度高；蒸发速率高；蒸发过程容易控制；适用于蒸发那些成分复杂的合金或化合物2） 缺点：也容易产生微小颗粒的飞溅，

24、影响薄膜的均匀性高频感应加热源4. 气体辉光放电：（气体放电是溅射过程的基础）对真空系统抽真空后，充入一定压力的惰性气体，如氩气。在正负电极间外加电压的作用下，电极间的气体原子将被大量电离，产生氩离子和独立运动的电子，电子在电场作用下飞向阳极，氩离子则在电场作用下加速飞向阴极靶材料，高速撞击靶材料，使大量的靶材料表面原子获得相当高的能量而脱离靶材料的束缚飞向衬底。（1） 辉光放电过程：1)开始：极微弱的电流，随电压升高：电离粒子的运动速度加快，则电流随电压而上升，当粒子的速度达饱和时，电流也达到一个饱和值，不再增加（见第一个垂线段）2)汤生放电：电压继续升高，离子与阴极靶材料之间、电子与气体分

25、子之间的碰撞频繁起来，同时外电路使电子和离子的能量也增加了。离子撞击阴极产生二次电子，参与与气体分子碰撞，并使气体分子继续电离，产生新的离子和电子。这时，放电电流迅速增加，但电压变化不大，这一放电阶段称为汤生放电。 汤生放电后期称为电晕放电。3) 辉光放电：汤生放电后，气体会突然发生电击穿现象。此时，气体具备了相当的导电能力，称这种具有一定导电能力的气体为等离子体。电流大幅度增加，放电电压却有所下降。导电粒子大量增加，能量转移也足够大，放电气体会发生明显的辉光。电流不断增大，辉光区扩大到整个放电长度上，电压有所回升，辉光的亮度不断提高，叫异常辉光放电，可提供面积大、分布均匀的等离子体。4) 弧

26、光放电：电压大幅下降，电流大幅增加，产生弧光放电，电弧放电斑点，阴极局部温度大幅升高，阴极自身会发生热蒸发。5. 溅射(1) 来源：当离子入射到靶材料上时，对于溅射过程来说比较重要的现象有两个，其一是物质的溅射，其二则是电子的发射。而后者在电场的作用下获得能量，进而参与气体分子的碰撞，并维持气体的辉光放电过程。(2) 定义：具有一定能量的入射离子轰击固体表面时，在与固体表面的原子发生碰撞，产生能量和动量的转移，并将固体表面（靶）原子溅射出来的现象。(3) 薄膜沉积步骤 (a)晶核形成,(b)晶粒成长,(C)晶粒聚结,(d）缝道填补,(e)沉积成长。(4) 特点：优点：如沉积材料广泛，不受材料熔

27、点的限制，同时由于溅射粒子到达基片时动能大，因此膜层致密、牢固。缺点：溅射沉积速率较低，基片直接受高能电子轰击，温升很高，且膜层易受损伤。(5) 溅射特性：1） 溅射产额的定义：定义为平均每入射一个粒子从靶表面溅射出来的原子数2） 溅射产额的影响因素：入射离子能量：a) 各种物质都有自已的溅射阀值，只有当入射离子的能量超过这个阀值，才会实现对该物质表面原子的溅射大部分金属的溅射阀值在1040eV。b) 随着入射离子能量的增加，溅射产额先是提高，然后在离子能量达到10keV左右的时候趋于平缓。当离子能量继续增加时，溅射产额反而下降。入射离子种类：在加速电压为45kV，各种入射离子轰击Ag表面时，

28、重离子惰性气体作为入射离子时的溅射产额明显高于轻离子。被溅射物质种类：在加速电压为400V、Ar离子入射的情况下，各种物质的溅射产额呈现明显的周期性。离子入射角度:a) 随着离子入射方向与靶面法线间夹角的增加，溅射产额先呈现1/cos规律的增加，即倾斜入射有利于提高溅射产额。当入射角接近80时，产额迅速下降。b) 在溅射过程中，溅射产额随粒子的运动方向呈现欠余弦分布，即在表面法线方向上溅射的产额稍低。尤其是当入射离子能量较低时，这种欠余弦分布的特征更为明显。靶材温度:升温与溅射的能量阀值减小有关6. 溅射方法直流溅射、直流磁控溅射、反应溅射、偏压溅射、射频溅射第六章：化学气相淀积(CVD)1.

29、 定义：是指一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底发生化学反应，并淀积出所需固体薄膜的生长技术。2. CVD薄膜基本要求:淀积膜的厚度及其均匀性(指同一批内不同的晶片之间及每个晶片上的不同部位)应符合要求;淀积膜的结构和组分满足要求且重复可控,一般要求淀积膜是无定形或粒度精细的多晶结构；淀积膜是连续的,不存在宏观上的空洞、裂缝等缺陷, 针孔密度在要求的极限范围之内;淀积膜与其相毗邻的上、下物质之间,在淀积及后续的热处理中不发生有害化学反应,两者热学性质要匹配（如热膨胀系数等）;除了封装前的保护膜之外,一般要求能被光刻出精细的线条图形;绝缘和表面钝化膜要求有足够高的击穿强度和足够低的漏电

30、流；具有较好的台阶覆盖形状,最好是保形覆盖。3. CVD工艺特点：（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成;（2）可淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等；（3）淀积速率一般高于PVD（蒸发、溅射等）；厚度范围广：几百埃数毫米，且能大量生产；（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。（5）淀积温度低（200800)、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。4. CVD模型:(1)CVD的基本过程:(2)CVD系统组成：1

31、、气态源或液态源；2、气体传输管道；3、气体流量控制系统；4、反应室；5、基座加热及控制系统；6、温度控制及测量系统（LPCVD、PECVD含减压系统）(3)淀积方法：1)常压化学气相淀积APCVD:用于SiO2的淀积SiH4+O2=Si O2 +H2 O2)低压化学气相淀积LPCVD:多晶硅：SiH4/Ar(He) 620Si3N4: SiH2Cl2 +NH3 750-800PSG: SiH4 +PH3 +O2 450 BSG: B2H6 +O2 450 SiO2: SiH2Cl2 +NO2 9103)等离子体化学气相淀积PECVD:温度低:200350，适用于布线隔离Si3N4: SiH2

32、Cl2 +NH3PSG: SiH4 +PH3 +O24.多晶硅薄膜(1) 多晶硅淀积动力学:1)反应方程式:SiH4 Si+2H2由N2或Ar携带SiH4 20 N2 802)淀积参量：压力、温度、硅烷浓度、杂质浓度3)温度：600650 ，一般用6254)压力：5）硅烷浓度第七章：外延1. 定义：在单晶衬底上、按衬底晶向生长一层单晶膜的技术。 新生的单晶层按衬底晶相延伸生长，并称之为外延层。长了外延层的衬底称为外延片2. 作用：外延为器件设计者在优化器件性能方面提供了很大的灵活性，例如可以控制外延层厚度、掺杂浓度、轮廓，而这些因素是与硅片衬底无关的；外延层还可以减少CMOS器件的闩锁效应；避

33、免硅中SiOx的沉积；硅表面更光滑、损伤最小；3. 优点：晶体结构良好、性能优越，掺入的杂质浓度易控制，可形成接近突变pn结（不存在杂质相互补偿）4. 分类：（1） 根据状态分类:气相外延(VPE)常用，一般高温：10501250液相外延(LPE) 族固相外延(SPE)熔融再结晶（2） 根据材料异同分类：同质外延 Si-Si（硅衬底上外延硅）异质外延 Al2O3-Si（如：硅上外延砷化镓、蓝宝石上外延硅）（3） 根据温度的高低分类：高温外延（1000） 低温外延（0.28时，腐蚀Si的反应为主，此时，不仅停止外延生长，且会使硅衬底受腐蚀而减薄。(2)温度：B区高温区（常选用），A区低温区1)生

34、长速率依赖于所用硅源，SiH4 SiH2Cl2 SiHCl3SiCl42) B区生长速率由气相质量转移控制，生长速率随反应剂分压近似成线性增长，并对反应室的形状和气流敏感。3)A区-表面化学反应控制，过渡温度与源的摩尔分数；淀积系统类型；气体流速；气源的选用等有关(3)气体流速 :气体流速大生长加快尾部相对气流倾斜3-10,改善其均匀性(4)反应腔横截面形状和衬底取向:矩形腔的均匀性较圆形腔好。晶面间的共价键数目越多，生长速率越慢。v1(110)v1(100)v1(111) 8.系统与工艺流程主要参数:衬底温度、源气体流量和总氢气流量9.外延层中的杂质分布(1)掺杂原理:外延层中杂质原子在生长

35、过程中被结合到外延层的晶格中。掺杂剂分压保持恒定时，硼的掺入量随生长温度上升而增加，磷和砷的掺入量随生长温度上升而下降。(2)扩散效应:衬底中的杂质与外延层中的杂质，在外延生长时相互扩散，引起衬底和外延层界面附近的杂质缓慢变化的现象，称为杂质的扩散效应。(3)自掺杂效应:外延生长过程中，衬底和（或）外延层的杂质进入边界层，改变了边界层中的掺杂成分和浓度，从而导致外延层中杂质的实际分布偏离理想情况，这种现象称为自掺杂效应。10.外延层中的缺陷与检测:(1)缺陷种类:a.存在与衬底中并连续延伸到外延层中的位错b.衬底表面的析出杂质或残留的氧化物，吸附的碳氧化物导致的层错；c.外延工艺引起的外延层中析出杂质；d.表面锥体缺陷e.衬底堆垛层错的延伸(2)埋层图形的漂移与畸变（硅生长-腐蚀速率的各向异性是发生漂移的根本原因）特点：面上严重,偏离24,漂移显著减小, 常用偏离3外延层越厚,偏移越大温度越高,偏移越小生长速率越小,偏移越小SiCl4 SiHCl3 SiH2Cl2 SiH4