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Sb P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=—D F 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P POCl3，PCl3，PBr3 O2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