硅集成电路工艺基础要点整理VIP免费

硅工艺简易笔记第二章氧化SiO2作用：a.杂质扩散掩蔽膜和离子注入屏蔽膜b.器件表面保护或钝化膜c.MOS电容的介质材料d.MOSFET的绝缘栅材料e.电路隔离介质或绝缘介质2.1SiO2的结构与性质Si-O4四面体中氧原子：桥键氧——为两个Si原子共用，是多数；非桥键氧——只与一个Si原子联结，是少数；无定形SiO2网络强度：与桥键氧数目成正比，与非桥键氧数目成反比。2.2.1杂质在SiO2中的存在形式1.网络形成者：即替位式杂质，取代Si，如B、P、Sb等。其特点是离子半径与Si接近。Ⅲ族杂质元素：价电子为3，只与3个O形成共价键，剩余1个O变成非桥键氧，导致网络强度降低。Ⅴ族杂质元素：价电子为5，与4个O形成共价键，多余1个价电子与附近的非桥键氧形成桥键氧，网络强度增加。2.网络改变者：即间隙式杂质，如Na、K、Pb、Ca、Ba、Al等。其特点是离子半径较大，多以氧化物形式掺入；结果使非桥键氧增加，网络强度减少。2.2.2杂质在SiO2中的扩散系数扩散系数:DSiO2=D0exp(-ΔE/kT)D0-表观扩散系数（ΔE/kT→0时的扩散系数）ΔE-杂质在SiO2中的扩散激活能B、P、As的DSiO2比DSi小，Ga、Al的DSiO2比DSi大得多，Na的DSiO2和DSi都大。2.3.1硅的热氧化定义：在高温下，硅片（膜）与氧气或水汽等氧化剂化学反应生成SiO2。1.干氧氧化：高温下，氧气与硅片反应生成SiO2特点－速度慢；氧化层致密，掩蔽能力强；均匀性和重复性好；表面与光刻胶的粘附性好，不易浮胶。2.水汽氧化：高温下，硅片与高纯水蒸汽反应生成SiO2特点：氧化速度快；氧化层疏松－质量差；表面是极性的硅烷醇--易吸水、易浮胶。3.湿氧氧化——氧气中携带一定量的水汽特点：氧化速率介于干氧与水汽之间；氧化层质量介于干氧与水汽之间；4.掺氯氧化——在干氧中掺少量的Cl2、HCl、C2HCl3（TCE）、C2H3Cl3（TCA）掺氯的作用：吸收、提取大多数有害的重金属杂质及Na+，减弱Na+正电荷效应。注意安全：TCE可致癌；TCA高温下可形成光气（COCl2），俗称芥子气，是高毒物质，而且TCA会对臭氧造成破坏。2.3.2热氧化生长动力学，时间常数，反映了初始氧化层对后继热氧化的影响（初始氧化层修正系数）。2.4.1决定氧化速率常数的因素1.氧化剂分压B∝pg，B/A∝pg；（线性关系）2.氧化温度与抛物型速率常数B的关系： B=2DOXC*/N1｛Dox=D0exp(-ΔE/kT)｝∴B与氧化温度是指数关系无论干氧、湿氧，氧化温度与B/A是指数关系2.4.2影响氧化速率的其它因素1.硅表面晶向 DOX与Si片晶向无关，ks与Si表面的原子密度(键密度）成正比；∴抛物型速率常数B=2DOXC*/N1，与Si晶向无关；线性速率常数B/A≈ks·C*/N1，与Si晶向有关：因此（111）面的B/A比（100）面大。2.杂质①硼：在SiO2中是慢扩散，且分凝系数m<1；（m=杂质在Si中的平衡浓度/杂质在SiO2中的平衡浓度）氧化再分布后：大量硼从Si进入SiO2中，使非桥键氧增加，降低了SiO2的网络强度，导致氧化剂DOX增加，进而导致抛物型速率常数B明显增加，但B/A无明显变化。②P:分凝系数m>1氧化再分布后：少量的P分凝到SiO2中，使氧化剂在SiO2中的扩散能力增加不多，因而抛物型速率常数B变化不大；大部分P集中在Si表面，使线性速率常数B/A明显增大。③水汽干氧中，极少量的水汽就会影响氧化速率；水汽会增加陷阱密度。④钠钠以Na2O的形式进入SiO2中，使非桥键氧增加，氧化剂的扩散能力增加，但SiO2强度下降了。⑤氯氯的作用：固定重金属、Na+等杂质；增加Si中的少子寿命；减少SiO2中的缺陷；降低界面态和固定电荷密度；减少堆积层错。2.5热氧化的杂质再分布分凝系数m=杂质在Si中的平衡浓度/杂质在SiO2中的平衡浓度对同一杂质、同一温度条件，在平衡状态下，m是一个常数。由m可判断在界面处杂质分布的情况。四种分凝现象：根据m<1、m>1和快、慢扩散①m<1、SiO2中慢扩散：B②m<1、SiO2中快扩散：H2气氛中的B③m>1、SiO2中慢扩散：P④m>1、SiO2中快扩散：Ga影响Si表面杂质浓度的因素：①分凝系数m②DSiO2/DSi③氧化速率/杂质扩散速率1.P的再分布（m=10）CS/CB：水汽>干氧原因：氧化速率越快，加入分凝的杂质越多；CS/CB随温度升高而下降。2.B的再分布（m=0.3）CS/CB：水汽<干氧CS...