硅集成电路工艺设计基础复习

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1、硅集成电路工艺基础绪论：单项工艺的分类：1、图形转换：光刻、刻蚀2、掺杂：扩散、离子注入3、制膜：氧化、化学气相淀积、物理气相淀积第2章氧化SiO2的作用：1、在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，作为器件的组成部分2、作为集成电路的隔离介质材料3、作为电容器的绝缘介质材料4、作为多层金属互连层之间的介质材料5、作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料6、扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用)阻挡层热氧化方法制备的SiO2是无定形制备二氧化硅的方法：热分解淀积法、溅射法、真空蒸

2、发法、阳极氧化法、化学气相淀积法、热氧化法；热氧化法制备的SiO2具有很高的重复性和化学稳定性，其物理性质和化学性质不太受湿度和中等热处理温度的影响。SiO2的主要性质：密度：表征致密程度折射率：表征光学性质密度较大的SiO2具有较大的折射率波长为5500A左右时，SiO2的折射率约为1.46电阻率：与制备方法及所含杂质数量等因素有关，高温干氧氧化制备的电阻率达1016Ω·cm介电强度：单位厚度的绝缘材料所能承受的击穿电压大小与致密程度、均匀性、杂质含量有关一般为106~107V/cm（10－1~1V/

3、nm）介电常数：表征电容性能（SiO2的相对介电常数为3.9）腐蚀：化学性质非常稳定，只与氢氟酸发生反应还可与强碱缓慢反应薄膜应力为压应力晶体和无定形的区别：桥键氧和非桥键氧桥联氧：与两个相邻的Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧非桥联氧：只与一个Si-O四面体中心的硅原子形成共价键的氧非桥联氧越多，无定型的程度越大，无序程度越大，密度越小，折射率越小无定形SiO2的强度：桥键氧数目与非桥键氧数目之比的函数结晶态和无定形态区分——非桥联氧是否存在杂质分类：网络形成者和网络改变者网络形成者：可以替代S

4、iO2网络中硅的杂质，即能代替Si－O四面体中心的硅、并能与氧形成网络的杂质网络改变者：存在于SiO2网络间隙中的杂质SiO2作为掩蔽层对硼、磷有效，对钠离子无效B、P、As等常用杂质的扩散系数小，SiO2对这类杂质可以起掩蔽作用Ga、某些碱金属（Na）的扩散系数大，SiO2对这类杂质就起不到掩蔽作用Si热氧化生长SiO2的计算：无定形SiO2的分子密度：硅晶体的原子密度：干氧、水汽和湿氧。实际生产采用干氧-湿氧-干氧的方式1、干氧氧化①氧化剂：干燥氧气②反应温度：900~1200℃干氧氧化制备的SiO

5、2的特点：①结构致密、干燥、均匀性和重复性好②与光刻胶粘附性好，掩蔽能力强。③生长速度非常慢干氧氧化的应用：MOS晶体管的栅氧化层2、水汽氧化反应条件：①氧化剂：高纯水产生的蒸汽②反应温度：高温水汽氧化制备的SiO2的特点：①SiO2生长速率快②结构粗糙3、湿氧氧化反应条件：氧化剂：高纯水（95℃左右）+氧气特点：①生长速率较高②SiO2结构略粗糙4、三种氧化法比较干氧氧化：结构致密但氧化速率极低湿氧氧化：氧化速率高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜水汽氧化：结构粗糙——不可取热氧化的过程（D-G模型）①

6、氧化剂从气体内部以扩散形式穿过附面层运动到气体—SiO2界面，其流密度用F1表示。流密度定义为单位时间通过单位面积的粒子数。②氧化剂以扩散方式穿过SiO2层（忽略漂移的影响），到达SiO2－Si界面，其流密度用F2表示。③氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO2，其流密度用F3表示。④反应的副产物离开界面。D-G模型适用氧化层厚度：30nm热氧化存在两种极限情况当氧化剂在SiO2中的扩散系数很小时，则，。在这种极限情况下，SiO2的生长速率主要由氧化剂在SiO2中的扩散速度所决定，故称这种极限情况为扩散控

7、制。当氧化剂在SiO2中的扩散系数很大，则。在这种极限情况下，SiO2生长速率由Si表面的化学反应速度控制，故称这种极限情况为反应控制。决定氧化速率常数的因素：氧化剂分压、氧化温度1、氧化剂分压通过对产生影响，与成正比关系2、氧化温度温度对抛物型速率常数的影响是通过影响产生的，温度对线性速率常数的影响是通过影响产生的分凝系数，图2.21分凝系数：掺有杂质的硅在热氧化过程中，在Si—SiO2界面上的平衡杂质浓度之比（a）当，在SiO2中是慢扩散的杂质，也就是说在分凝过程中杂质通过SiO2表面损失的很少，硼

8、就属于这类。再分布之后靠近界面处的SiO2中的杂质浓度比硅中高，硅表面附近的浓度下降。（b）当，在SiO2中是快扩散的杂质。因为大量的杂质通过SiO2表面跑到气体中去，杂质损失非常厉害，使SiO2中杂质浓度比较低，硅表面的杂质浓度几乎降到零。H2气氛中的B就属于这种情况。（c）当，在SiO2中是慢扩散的杂质，再分布之后硅表面的浓度升高。P磷就属于这种杂质。（d）当，在SiO2中是快扩散的杂质，分凝过程中杂质通过SiO2表面损失的厉害，最终使