半導(dǎo)體制造技術(shù)

§1.3晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu) SimpleCubic致密度η（又稱空間利用率）：晶體中原子所占體積與晶體總體積之比。配位數(shù)CN：晶體中一個(gè)原子最近鄰的原子數(shù)。（注意：不是格點(diǎn)數(shù)）§1.3晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)Body-Centered-Cubic致密度η（又稱空間利用率）：晶體中原子所占體積與晶體總體積之比。配位數(shù)CN：晶體中一個(gè)原子最近鄰的原子數(shù)。（注意：不是格點(diǎn)數(shù)）§1.3晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)面心立方結(jié)構(gòu) Face-Centered-Cubic致密度η（又稱空間利用率）：晶體中原子所占體積與晶體總體積之比。配位數(shù)CN：晶體中一個(gè)原子最近鄰的原子數(shù)。（注意：不是格點(diǎn)數(shù)）§1.3晶體的空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)

金剛石結(jié)構(gòu)與閃鋅礦結(jié)構(gòu)：

圖示為金剛石結(jié)構(gòu)，鍺、硅單晶材料均為金剛石結(jié)構(gòu)，它是由兩個(gè)面心立方結(jié)構(gòu)套構(gòu)形成。氧化過程描述Ts1是滯留層厚度，Cg可用理想氣體定律計(jì)算hg是質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)Ks是化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)兩個(gè)方程三個(gè)未知濃度亨利定律：固體表面吸附元素的濃度與固體表面外氣體中該元素的分氣壓成正比H是亨利氣體常數(shù)只要將界面流量除以單位體積SiO2的氧分子數(shù)，通常用NO2標(biāo)示，就可獲得生長(zhǎng)速率，對(duì)于用分子氧進(jìn)行的氧化來說，NO2是SiO2中氧原子數(shù)密度的一半，即2.2×1022假定在氧化前已存在的氧化層厚度為t0，則以上微分方程的解為：氧化過程描述CVD反應(yīng)CVD反應(yīng)步驟

基本的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)包含8個(gè)主要步驟，以解釋反應(yīng)的機(jī)制。1）氣體傳輸至淀積區(qū)域；2）膜先驅(qū)物的形成；3）膜先驅(qū)物附著在硅片表面；4）膜先驅(qū)物黏附；5）膜先驅(qū)物擴(kuò)散；6）表面反應(yīng)；7）副產(chǎn)物從表面移除；8）副產(chǎn)物從反應(yīng)腔移除。

CMOS制作中的一般摻雜工藝Table17.2

擴(kuò)散工藝完成擴(kuò)散過程所需的步驟：1. 進(jìn)行質(zhì)量測(cè)試以保證工具滿足生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；2. 使用批控制系統(tǒng)，驗(yàn)證硅片特性；.3. 下載包含所需的擴(kuò)散參數(shù)的工藝菜單；4. 開啟擴(kuò)散爐，包括溫度分布；5. 清洗硅片并浸泡氫氟酸，去除自然氧化層；6. 預(yù)淀積：把硅片裝入擴(kuò)散爐，擴(kuò)散雜質(zhì)；7. 推進(jìn)：升高爐溫，推進(jìn)并激活雜質(zhì)，然后撤除硅片；8. 測(cè)量、評(píng)價(jià)、記錄結(jié)深和電阻。離子注入的優(yōu)點(diǎn)

1. 精確控制雜質(zhì)含量；2. 很好的雜質(zhì)均勻性；3. 對(duì)雜質(zhì)穿透深度有很好的控制；4. 產(chǎn)生單一粒子束；5. 低溫工藝；6. 注入的離子能穿過掩蔽膜；7. 無固溶度極限。Table17.5

離子注入在工藝集成中的發(fā)展趨勢(shì)不同注入工藝的實(shí)例深埋層倒摻雜阱穿通阻擋層閾值電壓調(diào)整輕摻雜漏區(qū)(LDD)源漏注入多晶硅柵溝槽電容器超淺結(jié)絕緣體上硅(SOI)

光刻目的分辨率的計(jì)算分辨率的計(jì)算焦深204本課程內(nèi)容重點(diǎn)介紹單項(xiàng)工藝和其依托的科學(xué)原理。如：氧化、光刻、擴(kuò)散、離子注入、物理氣相淀積，化學(xué)氣相淀積，外延等。簡(jiǎn)單介紹典型產(chǎn)品的工藝流程，芯片的封裝、測(cè)試，以及新工藝、新技術(shù)、工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。21本課程講述的主要內(nèi)容1單晶硅及氧化2摻雜技術(shù)（擴(kuò)散、離子注入）3薄膜技術(shù)（物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積、外延）4光刻與刻蝕工藝5金屬化與多層互連6工藝集成22硅晶胞：金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶胞晶格常數(shù)：α=5.4305?原子密度：8/a3=5*1022cm-3原子半徑：rSi=√3a/8=1.17?空間利用率：生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)從簡(jiǎn)單的生長(zhǎng)模型出發(fā)，用動(dòng)力學(xué)方法研究化學(xué)氣相淀積推導(dǎo)出生長(zhǎng)速率的表達(dá)式及其兩種極限情況與熱氧化生長(zhǎng)稍有

不同的是，沒有了

在SiO2中的擴(kuò)散流F1是反應(yīng)劑分子的粒子流密度F2代表在襯底表面化學(xué)反應(yīng)消耗的反應(yīng)劑分子流密度氣體薄膜襯底CgCsF1F2Grove模型U6.1.3Grove模型hg

是質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)（cm/sec）在穩(wěn)態(tài)，兩類粒子流密度應(yīng)相等。這樣得到可得：假定F1正比于反應(yīng)劑在主氣流中的濃度CG與在硅表面處濃度CS之差假定在表面經(jīng)化學(xué)反應(yīng)淀積成薄膜的速率正比于反應(yīng)劑在表面的濃度CS，則ks

是表面化學(xué)反應(yīng)系數(shù)（cm/sec）設(shè)Y----在氣體中反應(yīng)劑分子的摩爾百分比Cg----每cm3中反應(yīng)劑分子數(shù)CT----在氣體中每cm3的所有分子總數(shù)N----形成薄膜的單位體積中的原子數(shù)。對(duì)硅外延N為5×1022cm-3

則薄膜淀積速率Y一定時(shí)，G由hg和ks中較小者決定1、如果hg>>ks，則Cs≈Cg-----表面化學(xué)反應(yīng)速率控制過程，有2、如果hg<<ks，則CS≈0----質(zhì)量傳輸速率控制過程，有

質(zhì)量輸運(yùn)控制，對(duì)溫度不敏感表面（反應(yīng)）控制，對(duì)溫度特別敏感27熱氧化動(dòng)力學(xué)（迪爾-格羅夫模型）氣體質(zhì)量輸運(yùn):F1=hg(Cg-Cs)溶解：由亨利定理--固體內(nèi)的雜質(zhì)濃度正比與固體表面上氣相中該雜質(zhì)的分壓。

Co=HPs;C*=HPg由氣體狀態(tài)方程

Cg=Pg/kT;Cs=Ps/kTpgpsF1F2F3SiO2Si-δ0xCgCsCoCi主流氣體粘滯層O2x028D-G模型F1=h(C*-Co)；h=hg/HkT固相擴(kuò)散：化學(xué)反應(yīng)：熱氧化是在氧化劑氣氛下進(jìn)行：O2流密度不變，即準(zhǔn)平衡態(tài)穩(wěn)定生長(zhǎng)：

F1=F2=F329兩種極限形式氣體C0SiO2Siks0DSiO20Cx擴(kuò)散控制：DSiO2→0，Ci→0，

Co→C*反應(yīng)控制：ks→

0，Ci→Co=C*/（1+ks/h）Ci30熱氧化生長(zhǎng)速率氧化時(shí)間長(zhǎng)，擴(kuò)散控制階段:t>>τ,t>>A2/4B氧化時(shí)間很短，反應(yīng)控制階段:(t+τ)<<A2/4B初始條件：xo=xi拋物線速率常數(shù)線性速率常數(shù)31例題襯底為0.3Ω·cm的p-Si，975℃，20min予淀積磷，求結(jié)深和雜質(zhì)總量。（D0.5=0.2μm0.5/h0.5

）解：由圖1.18得：CB=5*1016cm-3；由圖1.20得：Cs=1*1021cm-3；Cs/CB=2*104；預(yù)淀積為余誤差分布，由圖3.7得：A≈5.7；又有：