集成电路与器件工艺原理课件.ppt

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1、集成电路与器件工艺原理外延工艺一。定义和用途1.外延：指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术。因是由衬底向外延伸，故称外延。2.用途：根据需要，在单晶衬底上形成掺杂类型不同或掺杂浓度不同的均匀掺杂单晶层。硅的气相外延原理：利用硅的气态化合物，在加热的硅衬底表面，与H2发生反应或自身发生热分解，还原生成硅，以单晶形式淀积在衬底表面。反应方程：SiCl4+2H2=Si+4HCl;四氯化硅SiH2Cl2=Si+2HCl.二氯二氢硅第二种源优点：外延温度低，缺陷少，外延质量高。外延设备主体反应室分卧式、立式、桶式外延过程：装片》通N2赶气》通H2》通电源、通水冷》H2处理》

2、HCl气相腐蚀》赶HCl，炉温调至外延生长标准》外延生长（通H2、硅源、掺杂气）》H2清洗（关硅源、掺杂气）》关电源降温》通N2赶H2冷却》取片》检验。外延工艺的体缺陷层错的形成:局部原子层错排：（1，1，1）面上显示正三角形，（1，0，0）面上显示正方形。实际上是正三棱锥和正四棱锥（象倒金字塔）。100面层错111面层错外延层测量：1、厚度测量：层错法、C-V法、红外椭圆仪法、红外反射干涉法等。2、电阻率测量：四探针法、三探针法、C-V法。四探针法测电阻率测试原理实际上是根据欧姆定律来测中间两针间的电压。外延工艺的特有质量问题：自掺杂效应：衬底的杂质在外延过程中

3、逸出，掺入外延层中，造成电阻率失常甚至反型。防止：生长过度层，降低外延温度。外延工艺的优点：高效率的获得较厚的均匀掺杂单晶层。不存在两种杂质相互补偿问题，PN结两边杂质分布为突变结外延工艺的优点：高效率的获得较厚的均匀掺杂单晶层。不存在两种杂质相互补偿问题，PN结两边杂质分布为突变结氧化工艺一.氧化工艺：在高温炉中，使硅晶体表面生成一层氧化层的工艺。二.氧化层的作用:1.掩蔽作用:磷、硼等杂质在SiO2中的扩散速度较Si中慢很多，于是可用SiO2来进行掺杂时的掩蔽。2..SiO2的表面保护和钝化作用：可防止外部环境影响产品性能，钝化表面，消除表面态，防钠离子沾污.

4、（Si片表面很容易生成SiO2，是它的大优点，形成了一套完整的平面工艺.）3.MOS管的栅极绝缘材料；IC电容的层间介质。三．SiO2的性质：具有很好的电绝缘性，电阻率达10的15~17次方欧姆厘米。对各种酸、碱气氛有耐受性，但不耐HF腐蚀。热生长氧化膜是非晶态无定型结构，比较疏松，只有四成空间被SiO2分子占据，密度较低。二氧化硅的显微结构四．热氧化膜生长机理：1.干氧氧化：Si+O2=SiO22.水汽氧化：Si+H2O=SiO2+H23..湿氧氧化：是上述两项的结合。在向氧化炉中通O2时，让其从95℃的氧化水瓶中鼓泡后进入。4..氢氧合成水汽氧化：将高纯H2和

5、O2分别通入炉管，使其燃烧成水汽，对硅片进行氧化。2H2+O2=2H2O。一般氢：氧=2：1即可，但实际上O2是过量的，防止发生危险。这样，其实质也是一种湿氧氧化。炉口装有燃烧部（注入器），配有报警系统，当氢氧比例失调，或温度低于H2燃烧点时，就会关断H2，充入N2。优点：由于H2和O2纯度可以很高，因此合成的水汽中Na+含量可低于0.1PPB。氧化层质量高，均匀性好。注意事项：H2喷口温度必须高于585℃，管道严禁泄露，开工时要先用N2充满炉管，后按O2》》H2的顺序通气，完工时按H2》》O2的顺序关气，然后用N2清扫。氧气要过量。氢氧合成水汽氧化5..热氧化的

6、微观过程和氧化速率。微观过程：氧化过程中，O2和H2O分子总要穿过已经形成的SiO2层，继续向下穿越，到达SiO2Si界面，形成新的SiO2层。因此氧化是越来越慢的。由于氧分子穿越速度慢，故干氧氧化较慢。随着炉温的提高，氧化速度将加快。6..对于较短时间氧化，氧化层厚度tox近似与时间成正比。对于较长时间氧化，氧化层厚度tox与时间的开方成正比用TCA(三氯乙烷）进行的掺氯氧化7..掺氯氧化：Cl元素在SiO2Si界面可同硅的悬挂健结合，减少界面态。Cl在SiO2中可俘获Na+，可与重金属杂质生成氯化物气体排出，并减少热氧化层错。C2H3CL3+O2==CL2+H

7、CL+CO2+H2O;HCL+O2==CL2+H2O..氧化膜厚度测量：可用测厚仪测。SiO2膜的颜色随厚度变化，呈现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的周期性变化，有经验工人可粗略判断氧化层厚度。这称为比色法.掺杂工艺（1）-----扩散工艺定义：在高温炉中，通入含有所需杂质的气体，使该杂质向硅晶体体内扩散。用途：形成特定的P型或N型区。扩散过程1.恒定表面源扩散：通源扩散过程。2.有限表面源扩散：实际上是杂质的再分布（驱入）。扩散方法：液---固扩散；气---固扩散；固----固扩散（实质上最终都是气---固）我公司目前扩散工艺：1.硼的液---固扩散：BBr3的扩散

8、：4BBr