集成电路与器件工艺原理

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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》

2、通N2赶气》通H2》通电源、通水冷》H2处理》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

3、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

4、，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.（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+

5、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0.1

6、PPB。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。

7、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+HCL+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

8、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：4BBr