微电子制造工艺IC工艺暂没有三六章

1、第一章 综述一、概论1、集成电路的分类：1）按功能：数字集成电路、模拟集成电路、数模混合集成电路、射频/微波集成电路、功率集 成电路、SoC、其它；2） 按工艺（结构与功能）：半导体集成电路（双极型、MOS型、BiCMOS）、薄/厚膜集成电路、混合电路；3） 按有源器件：双极型、MOS型、BiCMOS、光电集成电路、CCD集成电路、传感器/换能器集成电路4） 按集成规模：小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI）、甚大规模（ULSI）、巨大规模（GLSI）2、Si双极npn晶体管芯片的工艺流程1、衬底制备， 2、外延生长， 3、一次氧化， 4、一次光刻，5、基区

2、扩散，6、二次氧化， 7、二次光刻， 8、发射区扩散，9、三次氧化，10、三次光刻，11、金属镀膜，12、反刻金属膜、13、背面镀膜， 14、合金化3、IC的基本工艺环节：1、晶片加工2、外延生长3、介质膜生长4、图形加工5、局域掺杂6、金属合金7、封装、测试4、微电子技术的发展趋势1）集成电路：超大（单元数、芯片面积）、超微（关键尺寸）、多功能、高性能（快速、低功耗、抗干扰）、低成本、高可靠性2）工艺技术：大直径材料（8”、12”、15”、。）光刻极限 (0.350.13、90nm40nm、25nm?）新结构器件（应变硅、纳电子技术、高k介质。）超纯环境和材料（半导体材料、介质材料、试剂）、

3、新测试和封装技术单项技术（压印光刻技术等）3）新领域：MEMS：多样化、小型化、与控制电路集成纳电子：量子线/点微结构、集成化、工作温度新材料电子器件：有机分子电路、自旋器件光子晶体：短波长、局域生长、三维材料、 参数可控硅光子学：（硅光电集成系统:电子功能模块间的光互联、电信号调制下的光信号变换和传输）特征尺寸减小、芯片和晶圆尺寸增大、缺陷密度减小、内部连线水平提高、芯片成本降低2、 半导体材料的性质1、 常见的半导体材料Se， 最早期的半导体之一，硒整流器，硒光电池、光敏硒鼓; (已经很少用）Ge, 早期的半导体，g射线探测器； （昂贵）Si, 最重要的半导体，除发光以外的所有半导体器件，

4、（IC，分离器件，敏感器件，MEMS）a-Si（amorphous），太阳能电池，应用薄膜还有很多常用半导体材料：多孔Si，发光； C（金刚石）, 潜在的高温、高频、高压、大功率器件材料；C60；纳米碳管；GaAs，高频、微波器件、发光；InP, 高频、微波器件、发光；GaP，发光；Ge1-xSix，高频异质结材料；SiC，高温、高频、高压、大功率器件材料；GaN，ZnO, 蓝光材料和深紫外探测；AlxGa1-xAs， 发光；HgCdTe、PbSnTe，长波红外探测；各种超晶格材料，（能带工程）；磁性、超导、有机半导体和生物半导体；自旋半导体(MnxGa1-xAs)半导体工业常用的其它材料：结

5、构材料：二氧化硅、多晶硅等参杂材料（施主/受主、复合中心）：磷、硼、砷、金等接触与连线材料（肖特基接触、欧姆接触、复合接触、连线）：铝、金、镍、铜、钛、钨及其氧化物等2、 半导体材料的主要物理参数1）固有物理参数：晶体结构（类型、晶格常数等）、能带结构（直接/间接、子能谷等）熔点、膨胀系数介电常数、临界电场、饱和漂移速率等迁移率（晶格散射）2）可变物理参数：导电类型与电阻率、迁移率（电离散射）、少数载流子寿命如何选材？能带结构、材料可生长性、缺陷（含界面）的可控性、可氧化性、可掺杂性。3、与器件工艺有关的化学特性Si:常温下：1)一般不溶于各种酸2)Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3

6、+H2，Si+4HNO3 +6HF = H2SiF6+ 4NO2 + 4H2O3） 与Cu+2, Cr+2等金属离子发生置换反应（用于抛光工艺）高温下：1） Si+2Cl2=SiCl4 Si+HCl4 SiCl4+SiHCl3+SiH2Cl2+SiH42) Si+O2=SiO23) Si+H2O=SiO2+H2GaAs:1）GaAs = Ga+As2) 在室温下一般不与HCl、H2SO4、 HF3）与热HCl、H2SO4反应 与浓HNO3反应 H2SO4+H2O2是常用的GaAs腐蚀液4) 与卤素Cl2、Br2或I2（在甲醇等有机溶剂中）反应通常关心的化学性质:1）热稳定性（thermal s

7、tability)（物理过程）2) 腐蚀液? （无机、有机）For cleaning and etching!（腐蚀和抗腐蚀工艺中浓度和缓冲剂的重要性）（腐蚀过程中对晶向和缺陷的选择性）需要所有要用的材料的化学性质（腐蚀、抗腐蚀）和热稳定性（组分稳定、扩散、热膨胀）！4、半导体材料的晶体结构2.2.1.Si, GaAs, SiC 的晶体结构Si ：金刚石结构GaAs ： 闪锌矿zinc-blende，立方硫化锌SiC ： 200余种同质多构体SiC、3C- SiC、纤锌矿（六角硫化锌）晶面、晶向及测定方法：x-ray 衍射；激光定向一些物理、化学性质的各向异性：解理、腐蚀、氧化、生长、扩散、表

8、面态、迁移率（应用到解理、划片中：最佳解理面111最佳划片方向110）5、半导体中的缺陷和杂质1）施、受主杂质Si：O、C杂质GaAs：施主S 、Te等（As-site） 受主Zn等（Ga-site）Si As-site和Ga-siteSiC： 施主N（C-site）、P （Si-site） 受主B、Al等（Si-site）2）杂质浓度和电阻率测量方法：Hall-effect、四探针法、单探针（扩展电阻）法3）杂质：O（10171018cm-3）总量控制增加机械强度、杂质吸除效应、氧施主 page2426C （10161017cm-3）减小机械强度Fe （1011cm-3）少子寿命、吸附 体缺

9、陷Au、Pt （10151016cm-3）控制少子寿命4）固溶度（P.12）1、替位式固溶体2、间隙式固溶体3、常用测量方法：Photo Spectrum半导体材料对光的吸收机理？1、原子吸收2、晶格吸收3、能带吸收第一章小结：常见半导体材料及参数与器件的关系常见半导体材料的结构，晶向与器件的关系施、受主，缺陷，杂质及测量熟悉名词和物理机制第二章 半导体衬底本章集中于讨论 相图，高纯多晶硅的制备，单晶硅、砷化镓的生长，晶片的加工，晶片的杂质吸出工艺等问题。1相图相变、固溶度与分凝2.1.1相图基本性质 （中文书9页）1）杠杆法则其中WS WL固态中某合金成分质量分数CS CL CM 固、液、混

10、合态中某合金成分的浓度这个式子与力学中的杠杆定律相似, 因而也称杠杆定律。由杠杆定律不难算出合金中液相和固相在合金中所占的相对质量（即质量分数）。2）相律 P+F=C+2其中P:系统中的相数 F:自由度 C:组元数例2.1计算各50%原子百分数的Ge-Si材料在1150C熔化掉的Si占多大比例（中文书10页）解：合金总Si含量为0.5，在1150C液相中Si含量x，则固相中Si含量1-x。查图2.1得 1150C时，纯液态百分比0.22、纯固态百分比0.58、混合态0.2 则合金中含Si的总量 = 纯液态百分比*液相Si + 纯固态百分比*固相Si含量0.5=0.22*x+0.58*(1-x)

11、 得x=0.22无限互溶、多相共存（F 2.1、F2.3）2.1.2最大固溶度：固溶体中杂质的最大含量，也就是杂质在其中的极限溶解度。当混合高于最大固溶度时，杂质将移动出晶格并形成淀积。淬火：如果冷却的足够迅速，那么淀积是无法形成的。于是可以使比最大固溶度更高的杂质被冻结在硅晶格之中。称此过程为淬火。2.1.3分凝系数（中文书23页）(Cs、Cl是固液分界面两侧的杂质浓度)2.高纯多晶硅的制备简单流程地壳中元素Si总质量仅次于O，其化合物是石英砂（SiO2），与焦碳混合，在电炉中还原（16001800C）可以获得9599%的工业粗硅（冶金级硅）。MGS（冶金硅）SiO2+2C=Si+2CO1、

12、硅粉的酸洗HCl、王水、（HF+H2SO4）、蒸馏水2、中间化合物的精馏提纯与高纯多晶硅的还原1）常用的两种方法（1）三氯氢硅法（SiHCl3）：Si+3HClSiHCl3+H2 氢还原SiHCl3+H211001200CSi+3SiCl4+2H2（通过控制温度、气压等，抑制SiCl4、SiH2Cl2、SiH3Cl、SiH4 的产生，经过冷凝器、回流管、出料口。还原过程中的各种不完全反应、尾气化合物将影响纯度。）（2）硅烷法（SiH4）合成法：SiCl4+4LiHSiH4+4LiCl硅化镁分解法：2Mg+Si Mg2Si， Mg2Si+4NH4Cl液NH3SiH4+2MgCl+4NH3，硅烷热

13、分解SiH4900CSi+2H22）优点：三氯氢硅法较经济；效率高；（纯度小数点后9个9）；硅烷法成本高，但纯度较三氯氢硅法更高。3）缺点：都有基硼的残留3单晶硅的生长2.3.1直拉法单晶生长（Cz-Si）1、原理：在适当的温度梯度、气压下，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋转牵引下可控地生长。2、具体工艺：（19-25页）1）工艺控制：（1）缩颈：使其零位错生长（2）温度场的分布：缺陷、杂质、二次热缺陷（3）旋转速率：温度场的均匀、杂质均匀（4）提升速率：直径、缺陷、应力（5）弯月面的控制：生长测控的特征面（6）气场的控制：缺陷、杂质2）杂质分布的控制：高浓度杂质掺入Si可以使电阻率r

14、=0.001100 Wcm分凝：掺杂时，固态与液态中容纳的杂质量不尽相同，即杂质在固-液界面处有分凝现象。（中文书23页）分凝系数： Cs、Cl ：固液分界面两侧的杂质浓度固态中杂志浓度：Cs=kC0(x-1) k-1 x：熔料中纯固态的比例，C0 熔料中杂质的初始浓度3)O、C杂质含量的控制（1）检测：傅里叶变换红外光谱 (FTIR)（2）改善：MCz （P2325）通常：O：1018 cm-3 C：100Wcm；p型（掺硼）材料均匀性较好；n型材料常以NTD方式获得（可得10 Wcm）的材料）；用于大功率器件和探测器优点：O、C含量低于1016cm-3；Fz的纵向均匀性比Cz好些；可以多次

15、区熔提纯获得探测器级单晶硅。缺点：难以制备大直径单晶；掺杂浓度难以控制。4、掺杂均匀解决方案：NTD-Si（中子嬗变掺杂）：1）掺杂2）退火（以消除电激活、辐照损伤）4其它化合物半导体材料的晶体生长2.4.1. 液封直拉法（LEC-GaAs）（中文书25页）1、原因：高温下Ga和As的蒸气压有很大的不同（Ga：0.001atm，As：10atm）晶体外保持10atm的As气压才能不使GaAs晶体中的As分离逸出。2、亨利定律：Pi=HNSi事实上，在500C热处理时， GaAs晶体近表面mm级已经有As严重逸出。 . Bridgman Growth （中文书27页）1、优点：装置“简单”；容易

16、控制；缺陷密度较小；2、缺点：形成“D”型晶体，使用率低；不易得到高阻材料；与石英舟的接触面大；3、改进：垂直Bridgman法、纵向梯度冷凝法。5晶片的加工2.5.1. 器件对材料的要求(中文书30页)2.5.2. 圆片制备1、去头、去尾、测试和分段：保证外观、纵向均匀性2、滚磨：得到圆形片3、定向、磨参考面：确定好晶向4、切片5、倒角：防止边缘破裂、热应力缺陷、保证边缘平坦度6、腐蚀与抛光：化学机械抛光、双面抛光7、IdentificationMarking，Cleaning，Gettering，and Shiping6晶片的杂质吸出工艺（1819页）1、杂质吸除 Gettering (

17、晶体工程） 2、外吸出 （背吸除） 3、背面淀积多晶硅薄膜（12mm ），并在700C 退火 4、内吸出5、三段式氧吸除：1100C 氧外扩散10h；750C 氧成核4h多次；1000C 氧吸除4h次 6、氢、氦微孔结构的吸杂作用：H 、He 注入 退火成核 吸杂 小结：本章需要重点掌握的关键点：1、什么是CZ-Si、FZ-Si、MCZ-Si、NTD-Si？基本工艺原理、材料特点和用途？2、GaAs等化合物半导体材料生长的工艺特点？3、什么是分凝效应？对材料工艺有什么影响？4、NTD-Si的制备中，高纯Si在反应堆中经热中子辐照后，为什么还要进行退火处理？5、晶片的加工的主要工艺流程是什么？6

18、、什么是杂质吸出工艺？什么是氧内吸出工艺？期工艺原理和工艺过程是什么？7、材料参数测量？8、硅片加工工艺原理和工艺过程是什么？第四章：热氧化技术（pages 6697） 基本内容 1) 氧化膜的用途。 2）SiO2的物理化学性质。3）热氧化SiO2膜的生长动力学要点。4）几种重要的氧化工艺的特点。5) 典型工艺流程图和设备系统图6）基本的质量检测和工艺分析氧化厚度的计算：tox2+Atox=B(t+)(P68)例：计算在120分钟内，920水汽氧化过程中生长的二氧化硅层的厚度，假定硅片在初始状态时已有100的氧化层。按表4.1（P71）在920下，A=0.50um，B=0.203um2/h。将

19、这些值代入中= （0.1*0.1+0.5*0.1）/0.203=0.295h；用式tox2+Atox=B(t+)得 QUOTE =0.48um这种情况下Atox，因此不能用线性平方根近似。3.1. 二氧化硅及其在器件中的应用3.1. 1. SiO2 的结构和基本性质（P7783）熔融石英，非长程有序，在小范围内表现出有序结构。 1）结构: 结晶形二氧化硅（石英晶体）（2 . 65g/cm3）无定形（非晶）二氧化硅（石英玻璃）（ 2 . 20g/cm3） 硅有四个共价键，氧有两个；氧易运动； 氧桥位（P74） 非桥联的原子将由其悬挂键引入电荷态； 单价的氢原子与非桥联的氧形成羟基而减少悬挂键的数

20、目，引入氢钝化的概念；但羟基的键能较低容易断裂； 桥联氧的数目与非桥联氧的数目之比直接影响SiO2的疏松程度，进而影响许多物理性质； 杂质在SiO2中可以是网络的形成剂（Net-work Former）如：B、P、Al等；也可以是网络的改变剂（Net-work Modifer）如：Na、K、Ca、Al等；2） 化学性质：SiO2+4HFSiF4+2H2O + SiF4+2HF H2(SiF6) 即： SiO2+6HFH2(SiF6)+2H2O 六氟硅酸溶于水 腐蚀速度与SiO2膜的质量有关 物理性质； 密度：密度与氧化方式有关 折射率：与密度有关（page 78，Table4.2）， 1.46

21、 (5500) 电阻率：与密度及含杂量有关，1016Wcm 介电常数：与密度有关, 3.9 介电强度：与密度、含杂量及缺陷有关, 106107V/cm (Fig. 4.9, P79) TDDB实验(P7980)*! 杂质扩散系数: (热扩散章节） 杂质分凝系数：（ P23） 3.2. SiO2膜在器件中的基本作用 1) SiO2膜对杂质的掩蔽作用 利用杂质在SiO2膜中的扩散系数较小，和SiO2膜的热稳定性，实现定域掺杂。 掩蔽过程中的分凝效应(P84) 2）对器件的表面的保护和钝化作用 利用SiO2膜的绝缘作用，将pn结与外界隔离，提高稳定性和可靠性；利用对SiO2膜 中固定电荷的控制，改变

22、器件表面的电场分布。 3）对器件的电绝缘和隔离作用 利用SiO2膜的绝缘作用，实现引线与元器件间的绝缘，实现集成电路元器件间的隔离。 4）用作电容器的介质材料 SiO2膜的介电常数在10kHz下工作时为34，损耗因数为10-110-3，击穿电压高，温度系数小。 5）MOSFET的绝缘栅介质 6）光电和发光器件的减反膜3.3. SiO2膜的热氧化方法（干、湿、水汽、高压、掺氯、低温）（pages 6971） 室温下形成25的天然氧化层 1）器件对氧化膜的基本要求 致密、杂质缺陷少（体内活动和固定电荷少）、Si/SiO2界面态密度小。 2）干氧氧化 Si+O2SiO2 特点：致密、杂质缺陷少、Si

23、/SiO2界面态密度小、疏水性好 3）水汽氧化 Si+2H2O SiO2+2H2 实际过程较复杂 水汽氧化的氧化速度快，较疏松，掩蔽能力差，疏水性差。 4）湿氧氧化(P.71) 干氧与湿氧混和 质量介于前两种之间 在作为掩膜和介质隔离的氧化膜，常采用干（界面态低） 湿（生长快） 干（与光刻胶的粘附性好）工艺 5）H2、O2合成氧化 特点：质量接近干氧氧化，氧化速度接近水汽氧 化。 6）掺氯氧化(P.7173) reading 干氧氧化时，加入少许（1%）HCl、Cl2或TCE（三氯乙烯） 特点：能有效地钝化氧化膜中的可动正离子； 降低界面态浓度； 抑制氧化层错的生长； 氧化速率增加； 可以利用

24、Cl清除杂质；（P69） 7）高压氧化(HIPOX) 25 atm、生长速度快、可低温生长（600C）主要用于场氧化和隔离氧化 8) 低压氧化有效地控制（降低）氧化速率（？） 9）等离子体氧化 温度低（500C）、低压氧化、不引入氧化层错（OISF）、氧化时无杂质再分布 10）光等离子体氧化 加紫外光照，以提高氧化速度，降低温度（100C）3.4. SiO2膜的热氧化生长动力学(P6870) 1）物理机理（Deal-Grove Model）SiO2中Si比O原子稳定， SiO2网络中氧的运动容易。因此，在热氧化制备SiO2膜的过程中，是氧或水汽等氧化剂穿过SiO2膜层，到达Si/ SiO2界面

25、，与Si反应生成SiO2；而不是硅向SiO2膜的外表面运动，与表面的氧化剂反应生成SiO2膜。 2）热氧化生长动力学 氧化的三个步骤： a）气体从内部输运到气体-氧化物界面，b）扩散穿透已生成的氧化层，c）在硅表面发生反应 用粒子流密度J分别表示如下：(Fig. 4.1); hG气相质量转移系数、 NG气体中的氧化剂浓度、NGS氧化层表面的氧化剂浓度、D氧化剂在氧化层中的扩散系数、kS表面化学反应速率常数、NSSiO2/Si界面处的氧化剂浓度 若用NOS表示氧化层表面内侧的氧化剂浓度、表面外侧的氧化剂的分压为PGS，则根据亨利定律有：NOS=HPGS（H为亨利常数） 若用N*表示氧化层中的氧化

26、剂平衡浓度、气体中的氧化剂的分压为PG，则有：NOS=HPGS (Henrys Law) 由理想气体方程：NG=PG/kT，NGS=PGS/kT J1=h（N*-NOG），其中h=hG/HkT， 在线形近似下： xox为氧化层厚度 动态平衡状态下：J1=J2=J3 可得： 和 若： a） D kS 即为扩散控制NS0，NOSN* b） kS D即为反应控制NS=NOS=N*/（1+kS/h）设N1为形成单位体积氧化层物质所需的氧化剂分子的个数。在氧化层中，每立方厘米有2.2x1022个二氧化硅分子。 因此，干氧氧化时， N1是2.2x1022 cm-3；水汽氧化时，N1是4.5x1022 cm

27、-3。可以算出氧化速率为：设：当 t = 0时，xox=xi， 则有，式中 t*定义为时间常数，意为：考虑到表面 t*是考虑初始的氧化层（如，天然氧化膜）后，对氧化时间作的修正。 进一步修正（4.3) 阅读 !p.75 (掌握要点:薄氧化层的重要性；模型与工艺的关系）有解为： 当：时有： 为线性关系，B/A定义为氧化的线性速率常数。 当 时，有 为抛物线关系，B定义为氧化的抛物线速率常数。(Figs. 4.2,4.5) 各种条件下 D、kS和h均与晶向、反应剂和温度有关；P84：图4.20中为什么图中结果与晶向的关系不大？例1，在某热氧化工艺中，采用了两次干氧氧化，第一次是1100C干氧氧化2

28、0分钟，第二次是1000C干氧氧化30分钟。问：总氧化层厚度为多少？例2：在一NPN晶体管的基区B扩散的掩蔽氧化膜的生长工艺中，采用了“干湿干”工艺，其步骤如下：1）1100C干氧氧化10分钟，2） 1000C的95C湿氧氧化20分钟，3） 1100C干氧氧化10分钟。问：总氧化层厚度为多少？3.6. SiO2膜的质量检测1）氧化层厚度测量 a）比色法：不同厚度的二氧化硅膜可表现出不同的颜色。(p.78, table4.2)b）干涉法 xox为二氧化硅膜厚，N为干涉条纹数，l为单色入射光波长，n为二氧化硅膜折射率 c）椭圆偏振法：是目前精度最高（1），且为非破坏性的薄膜分析方法。详细内容可参见

29、“半导体物理实验，孙恒慧 等编，高教版”。目前先进的仪器为：椭圆光谱仪，可对分子、DNA等进行分析，也可以分析晶格损伤。其基本原理是：经薄膜的折射、反射和吸收后，入射椭圆偏振光的p波和s波的振幅及相位均发生变化。2） 击穿特性：P79-TDDB 3） 磷、硼杂质的影响：4.6, 分凝和流动4) 缺陷的产生与检测a）界面态的检测与控制 检测的主要方法是C-V法(P8083) P81 工艺控制：清洁、干氧、掺氯、温度控制和RTP b）氧化层中的固定和可动电荷，产生的原因是杂质污染（环境和衬底材料）和空位性缺陷。检测的主要方法是C-V法、SIMS、PL及（PAS）等。 c）氧化层错（OISF） (P

30、8687)产生的原因是表面不完美，检测？消除？ d）斑点、雾、均匀性等。系统的清洁；气流和温度的均匀性。缺陷的产生与检测 a）界面态的检测与控制C-V法(P8083) 3.7. SiO2膜生长的其它方法 1）快速热氧化（RTO）（光增强） 2）CVD法 非硅表面的氧化膜 3）阳极氧化 掺氮氧化 (P8889)目的：形成高介电常数的介质膜工艺要求：不增加界面态密度You must understand！1）氧化膜的基本物理性质及其在器件中的应用及原理。2）几种主要氧化方式的特点3）氧化膜生长的物理特点4）减小界面态的几种主要方法5）氧化膜膜厚的估算及测量第五章：离子注入技术一： 问题的提出：*

31、短沟道的形成？* GaAs等化合物半导体？（低温掺杂）* 低表面浓度？* 浅结？* 纵向均匀分布或可控分布？* 大面积均匀掺杂？* 高纯或多离子掺杂？二：要求掌握：* 基本工艺流程（原理和工艺控制参数）* 选择性掺杂的掩蔽膜（Mask）* 质量控制和检测* 后退火工艺的目的与方法* 沟道效应* 在器件工艺中的各种主要应用* 离子注入技术的优缺点* 剂量和射程在注入工艺中的重要性* 离子注入系统的主要子系统5.1. 离子注入原理一、 物理原理(P.101-110)通过改变高能离子的能量，控制注入离子在靶材料中的位置。1) 重离子在材料中与靶原子的碰撞是“弹性”库仑散射2) 级联散射二、能量损失（

32、104-108）射程R：离子在半导体中行进的距离散射路径R，靶材料密度r，阻止本领S其中有两部分损失（S ）：一部分由于核阻滞：另一部分是由于电子阻滞造成。1）：注入离子的分布N（x）（无电子散射）注入剂量F0（atom/cm-2），射程：Rp 标准偏差DRp 对于无定型材料， 有：为高斯分布 例子：多能量、多剂量注入5.2. 设备（page 97-100）注入离子设备分为三部分：离子源、加速管和终端台。（离子机示意图P98）5.3. 沟道效应和卢瑟福背散射一、沟道效应（pages 109-110）当注入离子沿着基材的晶向注入时，则注入离子可能与晶格原子发生较少的碰撞而进入离表面较深的位置，这

33、一现象称为沟道效应。二、沟道效应的消除(临界角）方法：1）降低离子注入方向与晶面排列的一致性：如 轴倾斜，平面偏转； 2）注入之前破坏晶格结构. 沟道效应图示P109二.、卢瑟福背散射RBS-C作用：RBS利用打到圆片上的He离子的散射来确定圆片中存在的物质，从阴影区的面积可以估算出填隙硅的浓度。5.4 注入离子的激活与辐照损伤的消除P.112116一、注入离子损伤成因：1）注入离子未处于替位位置，可能在替位、间隙位、缺陷，于是破坏晶体。 2）晶格原子被撞离格点 Ea为原子的位移阈能a）原理：碰撞产生X射线时会产生反向冲力，造成对Si的本征的损伤。b)分类：注入轻离子形成孤立的缺陷；注入重离子

34、形成扩展缺陷。c)其中涉及的物理量：大剂量非晶化临界剂量：超过此剂量则形成完全损伤，即注入之后不存在晶体的长程有序，且衬 底表面呈现无定形状态。 临界剂量取决于注入能量、注入物质、靶材料以及注入过程衬底的温度。 激活能二、消除离子注入损伤方法：退火工艺1)分类：等时退火，等温退火2）退火后的杂质再分布（P。117）3）退火方式：“慢退火”，快速热退火，分步退火4）退火完成的指标：电阻率、迁移率、少子寿命5.5.离子注入工艺中的一些问题1。离子源：汽化高压电离 多价问题 分子态原子态问题 （产额问题）2。选择性掺杂的掩膜SiO2、Si3N4、光刻胶、各种金属膜3。遮挡(注入阴影效应Implant

35、 Shadowing)（P119） 4。硅片充电引起问题：充入离子时会带来电性偏离。 不能有高能电子，否则会产生X射线。离子注入工艺流程图：离子注入设计掩蔽膜的形成离子注入退 火测 试Trim分布、掩蔽膜设计、离子源氧化膜、Si3N4膜、光刻和光刻胶衬底温度、能量、注量温度、时间（多步快速热退火）激活率、残留缺陷、注入层寿命、注入离子再分布（方块电阻、结深）、I-V和C-V特性5.6.离子注入工艺的应用1。掺杂（P。115）2。浅结形成（Shallow Junction Formation, p116)3。埋层介质膜的形成(page 116)如：注氧隔离工艺（SIMOX）（Separation

36、 by Implanted Oxygen)4。吸杂工艺：等离子体注入（PIII）吸杂工艺Plasma Immersion Ion Implantation）5。Smart Cut for SOI6。聚焦离子束技术7。其它（如：离子束表面处理）5.7.离子注入工艺特点（与扩散比较）总体优于扩散，在当代IC制造中，已基本取代扩散掺杂。1。杂质总量可控2。大面积均匀3。深度及分布可控4。低温工艺（一般673K）快速热退火温度要高些5。注入剂量范围宽（10111017cm-3），剂量控制精度高（5mm接近式曝光：page 166其特征尺寸为其中k是取决于光刻胶的工艺常数，g是掩膜与圆片之间的小间隙 （

37、光源为紫外光、软x射线）投影式曝光： 系统数值孔径NA=nsin()典型值为1，分辨率，聚焦深度投影光科技、分步重复光刻机（Stepper） pages 167-172 （光源为紫外光、平行电子束）直写式曝光：（电子束）2）光源光源的选择：高压弧光灯，光源光学系统的四个目标：收集尽可能多的光辐照、整个曝光场辐照强度均匀（1蜂窝状透镜2成束光纤同时收集和积分作用）、使辐照准直和成形达到所需程度、光源必须选择曝光波长（用一组滤波器完成）。分辨率、量子效应、衍涉、散射和漫反射（与界面和光刻胶有关） 紫外光(g-line 436nm, I-line 365nm)、远紫外光 (DUV)（ 193nm,

38、157nm， P 160162） 软x射线（420）、电子束（Ch9） 焦距深度： DOF （p 167169，例7。1）3）掩膜版掩模板：是制作在不同类型的石英玻璃上，在玻璃的一面形成不图形的不透光层，多数不透光层为铬层。其性能包括：曝光波长下的搞透光性、小的膨胀系数、平坦的精细抛光面。主要分为铬版、氧化版光刻版设计中的光学校正：（Pages 172-175）掩模板上缺陷的检测最简单技术是光学检查，其缺陷包括针孔、缺口、遗漏图形、桥连、颗粒等。自动掩膜检验系统；芯片对芯片比较技术，同时为掩膜蒙上薄膜掩膜分辨率改善方法：光学邻近校正（OPC）、相移版以二倍栅周期覆盖材料，使来之相邻图形的衍射分

39、布尾部会产生相消干涉（PSM）4）表面、界面反射，驻波5）灰度掩膜 （微光学器件）6）多光束无掩膜全息干涉光刻曝光工艺条件：时间，（实际的应用中可以适当采用欠、过度曝光在光刻机（含光源）确定后，可以选择不同型号光刻胶二级曝光效应8.7, reading7）平行电子束8）电子束扫描（Ch9）8.1.4后烘和显影（P 191-193）后烘：某些光刻胶需要后烘，如：目前0.25以下线宽采用的CA DUV（化学放大深紫外8.8reading，248nm、193nm）。显影：温度、时间；显影液当量浓度8.1.5 坚膜通常在热板上进行高温（接近溶剂沸点）处理，最大限度实现光刻胶增密和硬化、提高黏附性和抗蚀

40、能力。温度与时间：通常由光刻胶生产商设定，在根据产品对粘附性和尺寸控制需求对工艺进行调整。对于某些光刻胶，可以进行“深紫外线坚膜”。使表面形成“硬壳”，以能在等离子刻蚀和离子注入工艺的高温（200C）中不会流动。8.1.6 腐蚀*8.1.7 去胶：溶剂去胶、氧化去胶、等离子去胶8.2光刻工艺中的质量问题应在每一道工序后都要进行质量检测和分析 图形畸变：小尺寸光学效应、曝光时间、显影时间 浮胶：粘附、前烘时间、曝光时间、 显影时间 毛刺和钻蚀：清洁、显影时间 针孔：膜厚不足、曝光不足、清洁、掩膜版 小岛：曝光、清洁、湿法显影、掩膜版8.3下一代光刻技术(Ch9)1)极紫外光刻技术，希望13nm波长，30nm的特征尺寸2）角度限制投影电子束光刻技术（SCALPEL）3）离子束投影光刻技术（IPL）4）X射线光刻技术难点：无法聚焦，因而不能应用4倍掩膜版技术有优势。第九部分、晶体外延生长技术（书第14章）为什么需要外延？ 1）双极分离器件（如：大功率器件的串联电阻问题） 2）双极IC（隔离与埋层问题） 3）化合物半导体器件及超晶格的异质结问题 4）MOS集成电路一 外延层的生长1. 生长的一