集成电路工艺思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

第二章氧化

sio2的结构及性质

结构

桥联氧越多越稳定

主要性质

结晶形

石英

非晶sio2薄膜

集成电路中采用

用途

元器件组成部分

mos栅氧化层

掺杂掩蔽膜

芯片钝化与保护膜

电隔离膜

sio2掩蔽作用

杂质在sio2中的存在形式

网络形成

三五族bp

b

增加非桥键氧，强度下降

p

减小非桥键氧，强度增强

网络改变

na离子

增加非桥键氧，强度下降

al即是网络形成者也是网络改变着

杂质在sio2中的扩散系数

d＝d0exp（－e／kt）

钠离子等

掩蔽膜厚度的确定

在硅中扩散系数》在二氧化硅中扩散系数

cs／ci＝10^3

硅的热氧化生长动力学

硅的热氧化

三种热氧化工艺方法

干氧氧化

最致密

si＋o2

水汽氧化

si＋h2+o2

疏松

湿氧氧化

si＋h2o（o2）

介于以上两者之间

工艺的应用

掩膜氧化（厚氧化层）

干－湿－干<br>

薄层氧化（mos栅氧化层）

干氧

掺氯氧

每1单位sio2 需0.44si

硅氧化生长动力学

d－g热氧化模型

过程

1.氧化剂运输

2.固相扩散

3.化学反应

4.反应副产物离开界面

氧化剂运气体运输扩散＝固相扩散＝化学反应扩散

热氧化sio2生长速率

时间很短时

x＝b／a（t＋％）

线性

时间很长时

x^2=b（t＋％）<br>

抛物线

决定氧化速率常数的各种因素

氧化剂种类对氧化速率的影响

水大与氧气

水的溶解度更大

温度对氧化速率的影响

很大

分压对氧化速率的影响

能提高线性氧化

晶向对氧化速率的影响

线性依赖晶向

（111）最快

（100）最慢

抛物线无关

杂质对氧化速率的影响

因硅氧键断裂

增强氧化

掺氯氧化

钝化可动离子

增加硅中少数载流子寿命

减少sio2中的缺陷

降低界面态密度和表面固定电荷

减少硅中由于氧化导致的堆积层错

热氧化过程中的杂质再分布

杂质的再分布

分凝现象

sio2表面逸出

杂质在sio2，si中扩散速率

sio2/si界面移动速率

再分布对硅表面杂质浓度的影响

初始氧化及薄氧化层的制备

快速初始氧化阶段

d－g模型对30nm一下薄层氧化规律描述不准

薄氧化层的制备

方法

干氧氧化

掺氯氧化

减压氧化

低温高压氧化

条件

生长速率足够慢

氧化前清洗足够干净

所用水，试剂，气体，必须为超高纯度材料

mos电路对栅氧化层的要求

低缺陷密度

好的抗杂质扩散的势磊特性

低的界面态密度和固定电荷，高质量的sio2/si界面

在热载流子应力和辐射条件下稳定性好

低的热预算工艺

si－sio2界面特性

可动离子qm

na＋，k＋，h+

沾污带来

氧化层固定电荷qf

硅氧化不完全

界面陷阱电荷qit

氧化层陷阱电荷qot

降低电荷面密度的方法

加强卫生

采用超高纯度的水，气体与试剂

采用掺氯氧化工艺

高温气体中进行退火

离子注入

工艺特点

杂质浓度分布与总量可控性好

注入杂质纯度高，能量单一，洁净度好

室温注入，避免了高温过程对靶片的影响

杂质分布的横向效应小，有利于器件尺寸的缩小

离子注入会造成晶格缺陷，甚至非晶化，即使退火也难以完全消除

是单片工艺，生存效率低，成本高

优点

掺杂浓度不受杂质源纯度的影响，工艺过程无污染

注入晶片中的掺杂原子数精确可控

结深，杂质分布可控

非平衡过程，不受固溶度限制

低温工艺，掩蔽膜选择余地大

垂直入射，无横向扩散，有利于器件特征尺寸的缩小

缺点

会在晶体中引入晶格损伤

产率低

设备复杂，投资大

核阻滞和电子碰撞

核碰撞

电子碰撞

注入离子在靶中的分布

纵向分布

横向效应

注入离子种类

入射离子的能量

沟道效应

避免方法

表面覆盖介质层

离子束大于7度

制作损伤层

浅结的形成

影响因素

注入损伤

级联碰撞

E<Ed

Ed<E<2Ed

E>2Ed

发生级联碰撞

简单晶格损伤

轻离子

重离子

非晶区的形成

临界剂量

热退火

技术

快速热退火

作用

消除损伤

恢复载流子寿命及迁移率

电激活掺杂原子

外延

分类

材料划分

同质外延

异质外延

工艺划分

vpe

lpe

spe

温度划分

高温外延

低温外延

变温外延

电阻率高低划分

正向外延

反向外延

气相外延

硅源

sicl4

sihcl3

tcs

sih2cl2

dcs

sih4

生长模型

生长过程

杂质分布

自掺杂

互扩散

低压外延

减小自掺杂效应

选择外延

硅烷热分解法外延

sos技术

分子束外延

光刻工艺

工艺流程

1涂胶

2前烘

3曝光

4显影

5坚膜

6刻蚀

7去胶

分类

正性光刻胶

负性光刻胶

分辨率

Rmax=1/入

对比度

驻波效应

子主题

刻蚀

湿法腐蚀

优点

工艺简单

缺点

各向同性

干法腐蚀

优点

各向异性

原理

1.等离子体刻蚀

2.溅射刻蚀

3.离子增强刻蚀

第一章硅晶体和非晶体硅

硅的晶体结构

晶胞

简单立方

体心立方

面心立方

金刚石结构

金刚石

硅

a＝5.4305

锗

a＝5.6463

原子密度

每个原子所占空间体积

a^3/8

硅晶体中的原子密度

8/a^3

共价四面体

最小原子间距

根号3a／4

晶体内部的空隙

硅原子半径

根号3a／8

空间利用率

34%

晶向，晶面，堆积模型

晶向

［］

<>

晶面

（）

｛｝

堆积模型

abab

六方最密堆积（a3型）

abcabc

面心立方体最密堆积（a1型）

配位数12

双层密排面

硅单晶

硅晶体中的缺陷

点缺陷

自间隙原子

空位

肖特基缺陷

弗伦克尔缺陷

外来原子

替位杂质

受主杂质

p形

b

施主杂质

n型

p

填隙杂质

na

填隙-替位杂质

cu

线缺陷

刃位错

螺位错

面缺陷

堆垛层错

简称层错

体缺陷

杂质在晶体中沉积

缺陷的影响

生长出不均匀的二氧化硅膜

淀积的外延膜质量差

掺杂层不均匀

在完成的器件中引起有害的漏电流，导致器件不能正常工作

杂质在硅晶体中的溶解度

固溶体

固溶度

扩散

杂质的扩散机制

间隙式扩散

室温下1分钟1次

一族元素

快扩散杂质

替位式扩散

只有在高温下才可以扩散

三五杂质

慢扩散杂质

替位填隙式

多数杂质

大多数过渡元素

扩散系数与扩散方程

菲克第一定律

j＝－dc／x

菲克第二定律

扩散方程

扩散系数

高浓度，重掺杂不看成常数

扩散杂质的分布

恒定表面源扩散

杂志浓度服从余误差分布

有限源表面扩散

杂质浓度服从高斯分布

两步扩散

第一步预淀积（预扩散）

第二步再分布（主扩散）

实现

杂质表面浓度

杂质总量

结深

xj=a根号下dt

影响扩散杂质分布的其他因素

硅晶体中的点缺陷

空位的影响

间隙原子的影响

场助扩散效应

扩散系数与空位成正比

氧化增强扩散

氧化阻滞扩散

发射区推进效应

磷导致间隙硅产生

二维扩散

横向扩散效应

扩散工艺

固态源扩散

开管扩散

箱法扩散

涂源法扩散

液态源扩散

气态源扩散

完成过程

硼扩散工艺

清洗

预淀积

漂硼硅玻璃

再分布

测方块电阻

物理气象淀积pvd

真空蒸镀膜

方法

电阻蒸镀

电子束蒸镀

激光蒸镀

工艺原理

蒸发过程

气相质量输运过程

淀积成膜过程

设备组成：

真空室

真空系统

监测系统

控制台

溅射

方法

直流溅射

射频溅射

磁控溅射

反应溅射

离子束溅射

偏压溅射

影响溅射率大小的因素

入射离子质量

入射离子能量

入射离子数量

靶材的种类

特点

常用于制备金属薄膜

蒸发必须在高真空度下进行

溅射是气体在辉光放电的等离子状态实现

化学气相淀积cvd

cvd模型

cvd基本过程

连续的步骤

1.反应剂输入出口

2.通过边界层

3.吸附在衬底表面

4.发生化学反应，生成淀积薄膜

5.化学反应副产物，被排除

满足的条件

1.足够高的气压

2.反应的其他产物是挥发性

3.淀积物本身的蒸汽压必须非常低

4.薄膜淀积所用时间尽量短

5.淀积温度要低

6.不允许副产物进入薄膜

7.化学反应应在被加热衬底表面

边界层理论

柏松流

边界层

grove模型

两个过程决定

1.气相运输过程

2.表面化学反应过程

两种极限情况

hg》ks

表面化学反应控制

hg《ks

气体质量运输控制

薄膜淀积速率

g=（（ks*hg）/（ks+hg））*gt*y/n1

hg》ks

hg《ks

cvd系统

cvd的气态源

气态源

sih4

液态源泉

teos

实现方法

冒泡法

加热液态源法

液态源直接注入法

质量控制系统

控制气压

控制流量

cvd的热源

cvd的分类

apcvd

lpcvd

气缺现象

原因

水平上降低反应剂

解决方案

1.水平方向上提高温度

2.分布式进气口

3.增加反应室气流速度

pecvd

cvd多晶硅

多晶硅薄膜的性质

物理结构特性

存在大量晶粒间界

杂质扩散速度快

杂质分布也有影响

电学特性

电阻率比单晶高

不能贡献杂质载流子

晶粒有大量悬挂键

晶粒间界的缺陷

应用

栅电级

互联引线

cvd多晶硅

工艺

lpcvd

580度

反应式

sih4=si+2h2

注意

1.用氢气作为反应气体

2.采用分布式进气口

淀积条件对多晶硅结构及淀积速率的影响

低于580度是非晶体

多晶硅的掺杂工艺

扩散

离子注入

原位掺杂

cvd的sio2

特性

无定形网络

密度较低（比热氧化）

cvd的sio2的工艺

sih4+02=si02+2h2

apcvd

lpcvd

pecvd

sih4+2n2o=sio2+2h2+2n2

pecvd

工业上使用teos

更好的台阶覆盖和间隙填充特性

加入tmb或tmp可实现掺杂

台阶覆盖

再发射机制是主要原因

掺杂sio2

cvd氮化硅

应用

1.集成电路最终钝化层和机械保护层

2.对硅进行选择性氧化时的掩蔽膜

3.dram电容中一种介质材料

4.作为mosfets的侧墙

5.浅沟道的隔离层

cvd金属及硅化合物薄膜

钨

作为填充

当小于1um，pvd铝不能用

局部互联材料

硅化钨

tin

铝

金属互联

尖楔现象

电迁移