半导体制造技术

1、1.3 晶体的空间点阵结构u简单立方结构简单立方结构Simple CubicSimple Cubic致密度致密度（又称空间利用率空间利用率）：晶体中原子所占体积与晶体总体积之比。配位数配位数CN：晶体中一个原子最近邻的原子数。（注意：不是格点数）1.3 晶体的空间点阵结构u体心立方结构体心立方结构Body-Centered-CubicBody-Centered-Cubic致密度致密度（又称空间利用率空间利用率）：晶体中原子所占体积与晶体总体积之比。配位数配位数CN：晶体中一个原子最近邻的原子数。（注意：不是格点数）1.3 晶体的空间点阵结构u面心立方结构面心立方结构Face-Centered-

2、CubicFace-Centered-Cubic致密度致密度（又称空间利用率空间利用率）：晶体中原子所占体积与晶体总体积之比。配位数配位数CN：晶体中一个原子最近邻的原子数。（注意：不是格点数）1.3 晶体的空间点阵结构p 金刚石结构与闪锌矿结构：金刚石结构与闪锌矿结构：图示为金刚石结构，锗、硅单晶材料均为金刚石结构，它图示为金刚石结构，锗、硅单晶材料均为金刚石结构，它是由两个面心立方结构套构形成。是由两个面心立方结构套构形成。氧化过程描述氧化过程描述12C1SCinOtDJsg滞留层321JJJTs1是滞留层厚度，Cg可用理想气体定律计算OXCinSiOOtDJioC222isCkJ 3kT

3、PVnCgg)(C1sggChJhg是质量输运系数Ks是化学反应速率常数两个方程三个未知浓度iosCCC,亨利定律：固体表面吸附元素的浓度与固体表面外气体中该元素的分气压成正比ssoHkTCHPCH是亨利气体常数DtkhkHPCOXssgi1NoImageHkThhg只要将界面流量除以单位体积SiO2的氧分子数，通常用NO2标示，就可获得生长速率，对于用分子氧进行的氧化来说， NO2是SiO2中氧原子数密度的一半，即2.21022)1 (22DtkhkNPHkdtdtNJROXssOgsOXO假定在氧化前已存在的氧化层厚度为t0，则以上微分方程的解为：BAttNDHPBhkDAtBAttOgg

4、sOXOX0202,2),11(2),(2),(2tBtOXAtBtOX)(氧化过程描述氧化过程描述电信学院微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian SerdaCVD 反应反应 CVD 反应步骤反应步骤 基本的化学气相淀积反应包含8个主要步骤，以解释反应的机制。1）气体传输至淀积区域；2）膜先驱物的形成；3）膜先驱物附着在硅片表面；4）膜先驱物黏附；5）膜先驱物扩散；6）表面反应；7）副产物从表面移除；8）副产物从反应腔移除。 电信学院 微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian SerdaCMOS 制作中的一般掺杂

5、工艺制作中的一般掺杂工艺Table 17.2 电信学院 微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda扩扩 散散 工工 艺艺完成扩散过程所需的步骤：1. 进行质量测试以保证工具满足生产质量标准；2. 使用批控制系统，验证硅片特性；.3. 下载包含所需的扩散参数的工艺菜单；4. 开启扩散炉，包括温度分布；5. 清洗硅片并浸泡氢氟酸，去除自然氧化层；6. 预淀积：把硅片装入扩散炉，扩散杂质；7. 推进：升高炉温，推进并激活杂质，然后撤除硅片；8. 测量、评价、记录结深和电阻。电信学院 微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and

6、Julian Serda离子注入的优点离子注入的优点 1. 精确控制杂质含量；2. 很好的杂质均匀性；3. 对杂质穿透深度有很好的控制；4. 产生单一粒子束；5. 低温工艺；6. 注入的离子能穿过掩蔽膜；7. 无固溶度极限。Table 17.5 电信学院 微电子教研室半导体制造技术by Michael Quirk and Julian Serda离子注入在工艺集成中的发展趋势离子注入在工艺集成中的发展趋势不同注入工艺的实例 深埋层 倒掺杂阱 穿通阻挡层 阈值电压调整 轻掺杂漏区 (LDD) 源漏注入 多晶硅栅 沟槽电容器 超浅结 绝缘体上硅 (SOI) 光刻目的光刻目的分辨率的计算分辨率的计算

7、分辨率的计算分辨率的计算焦深焦深204 本课程内容本课程内容n重点介绍单项工艺和其依托的科学原理。重点介绍单项工艺和其依托的科学原理。如：氧化、光刻、扩散、离子注入、物理如：氧化、光刻、扩散、离子注入、物理气相淀积，化学气相淀积，外延等。气相淀积，化学气相淀积，外延等。n简单介绍典型产品的工艺流程，芯片的封简单介绍典型产品的工艺流程，芯片的封装、测试，以及新工艺、新技术、工艺技装、测试，以及新工艺、新技术、工艺技术的发展趋势。术的发展趋势。21本课程讲述的主要内容本课程讲述的主要内容1 单晶硅及氧化单晶硅及氧化2 掺杂技术（扩散、离子注入）掺杂技术（扩散、离子注入）3 薄膜技术（物理气相淀积、

8、化学气相薄膜技术（物理气相淀积、化学气相淀积、外延）淀积、外延）4 光刻与刻蚀工艺光刻与刻蚀工艺5 金属化与多层互连金属化与多层互连6 工艺集成工艺集成22硅晶胞：金刚石结构的立方晶胞硅晶胞：金刚石结构的立方晶胞晶格常数：晶格常数：=5.4305原子密度：原子密度：8/a3=5*1022 cm-3原子半径：原子半径：rSi=3a/8=1.17空间利用率：空间利用率：生长动力学生长动力学从简单的生长模型出发，用从简单的生长模型出发，用动力学方法研究化学气相淀动力学方法研究化学气相淀积推导出积推导出生长速率的表达式生长速率的表达式及其两种极限情况及其两种极限情况与热氧化生长稍有与热氧化生长稍有不同

9、的是，没有了不同的是，没有了在在SiO2中的扩散流中的扩散流F1是反应剂分子的粒子流密度是反应剂分子的粒子流密度F2代表在衬底表面化学反应消耗的反应剂分子流密度代表在衬底表面化学反应消耗的反应剂分子流密度气体气体薄膜薄膜衬底衬底CgCsF1F2Grove模型模型U6.1.3 Grove模型模型hg 是质量输运系数（是质量输运系数（cm/sec）在稳态，两类粒子流密度应相等。这样得到在稳态，两类粒子流密度应相等。这样得到1()ggsFh CC2ssFk C21FFF可得：可得：11ssggkCCh假定假定F1正比于正比于 反应剂在主气流中的浓度反应剂在主气流中的浓度CG与在硅表面处浓度与在硅表面

10、处浓度CS之差之差假定在表面经化学反应淀积成薄膜的速率正比于假定在表面经化学反应淀积成薄膜的速率正比于 反应剂在表面的浓度反应剂在表面的浓度CS ，则，则ks 是表面化学反应系数（是表面化学反应系数（cm/sec）设设gTCYCY -在气体中反应剂分子的摩尔百分比在气体中反应剂分子的摩尔百分比Cg-每每cm3中反应剂分子数中反应剂分子数CT-在气体中每在气体中每cm3的所有分子总数的所有分子总数N-形成薄膜的单位体积中的原子数。形成薄膜的单位体积中的原子数。 对硅外延对硅外延N为为51022 cm-3 则薄膜淀积速率则薄膜淀积速率sggsgTsgsgk hCk hCFGYNkhNkhNY一定时

11、，一定时， G 由由hg和和ks中较小者决定中较小者决定1、如果、如果hgks，则，则CsCg-表面化学反应速率控制过程，表面化学反应速率控制过程，有有2、如果、如果hg, t A2/4B氧化时间很短氧化时间很短，反应控制阶段反应控制阶段: (t+ ) A2/4B1412)(22B/AtAxtBAxxooo)(tABx)B(txoo2初始条件：初始条件：xo=xi抛物线速率常数抛物线速率常数线性速率常数线性速率常数31例题例题n衬底为衬底为0.3cm的的p-Si，975，20min予淀积磷，予淀积磷，求结深和杂质总量。（求结深和杂质总量。（D0.5=0.2m0.5/h0.5 ）解：由图解：由图1.18得：得：CB=5*1016 cm-3；由图；由图1.20得：得：Cs=1*1021cm-3；Cs/CB=2*104； 预淀积为余误差分布，由图预淀积为余误差分布，由图3.7得：得：A5.7； 又有：又有： m66. 020/600.25.7DtAxj31416scm/107.3520/602 . 010114. 32DtC2Q32例题例题n30KeV、1012cm-2