半导体基础 3.半导体的器件工艺

S πDt
exp[− x 2 ] 4 Dt
Cs (t) =
S πDt
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干氧氧化厚度与氧化时间的关系：
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杂质浓度对氧化过程的影响（低温下）：
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（２）介质膜的沉积
ＡＰＣＶＤ，ＬＰＣＶＤ及ＰＣＶＤ
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能量增强ＣＶＤ（较低温沉积）：
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扩散方程与扩散系数：
∂C ∂t
=
D
∂2C ∂2t
;D
=
D0 exp[−
Ea kT
]
半导体器件基础
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半导体器件基础
扩散分布：固定表面浓度
C( x, t) = Cserfc[ 2
x] Dt
Q(t) =
2 π Cs
Dt
固定掺杂剂总量
C( x, t) =
圆片加工： （1）去除两端；（2）磨出主平区及辅平区； （3）加工成园片；（4）磨平；（5）抛光 参数：晶向；厚度；厚度的变化；弯曲度
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半导体器件基础
晶体表征：
缺陷：（1）点缺陷；（2）线缺陷；（3）面缺陷；（4）体缺陷
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材料性质：
C会有助于缺馅的产生，不利于材料。O会改变材料的电 阻率，但处于间隙态的氧有助于增加Si的强度
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二氧化硅及氮化硅：
LTCVD：硅烷，氧气及掺杂 (AP和LP，500C以下） ITCVD：TEOS (Si(OC2H5)4的分解(700C)及掺杂 HTCVD：SiCl2H2 及N2O
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多晶硅：硅烷的分解。
1924年出生于瑞士，分别在剑桥大学和日内瓦大学取得博士学
位。1959年，Jean Hoerni发明了平面工艺使用一种叫做光学蚀刻的处 理方法，这种方法有些类似于利用底片冲洗照片的过程。开始，他用的 是一片锗或硅。然后他在上面喷洒上一层叫做光阻剂的物质。如果你把 光照在上面，光阻剂就会变得坚硬，然后你就可以用一种特殊的化学药 品清除掉没有被光照射到的光阻剂。所以，霍尔尼就创造了一个光罩， 它就像一张底片，上面有一簇小孔，用来过滤掉不清洁的东西，然后让 它在光线中翻动。在化学洗涤之后，金属板上只要是留下光阻剂的地方， 杂质就不会散落到下面。来解决平面晶体管的可靠性问题，因而使半导 体生产发生了革命性的变化。堪称为“20世纪意义最重大的成就之一”， 并称其奠定了硅作为电子产业中关键材料的地位。
铝合金化
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电迁移：电流作用下金属的转移。
MTF
~
1 J2
exp[ Ea ] kT
硅合金化：较低的电阻率和较高的耐温。
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3. 扩散与离子注入
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（1）扩散机理
硅：惰性气氛，P-type，B；N-type，P和As；共溶度： 5!1020。 砷化镓：As气氛中，P-type，Zn，N-type，S和Se。
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3. 半导体器件工艺
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1。单晶生长 2。氧化与薄膜淀积 3。扩散与离子注入 4。光刻与腐蚀 5。集成器件（自学）
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工艺流程（1）
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器件工艺
半导体器件基础
琼·霍尔尼(Jean Hoerni, September 26, 1924- January 12, 1997)。
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氧化机理：
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x = D [ 1 + 2C0k 2 (t + τ ) − 1]
k
DC1
较小时间： x
≅
C0k C1
(t
+
τ)
较大时间：x ≅ 2DC0 (t + τ ) C1
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抛物线速率常数与氧化气氛的关系，与晶向无关
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半导体器件基础
线性速率常数与晶向，氧化气氛的关系：
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Si(solid ) + O2(gas) → SiO2(solid ) Si(solid ) + 2H2O(gas) → SiO2(solid ) + 2H2(gas)
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半导体器件基础
二氧化硅的基本结构：晶体结构与非晶结构
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半导体器件基础
薄层多晶硅的方块电阻与粒子注入的关系：
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金属化：物理气相沉积（蒸发）
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溅射：离子的加速与轰击
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半导体器件基础
化学气相沉积：钨，钼，钛等，易大批量及台阶覆盖。
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（1）电炉（石英甘锅，石墨支托及旋转系统）；（2） 晶体拉伸系统（籽晶支托及旋转系统）；（3）环境气氛 的控制。
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半导体器件基础
Bridgman技术
双温区电炉：一端：As，温度610C；另一端GaAs，温度1240C。 电炉向右的缓慢运动，温度逐渐降低使晶体沿固液面生长。
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半导体器件基础
２。氧化与薄膜沉积
热氧化层（栅氧化及场绝缘），介质层（导电层之间的绝 缘，扩散及离子注入的图形保护，钝化层），多晶硅（Ｍ ＯＳ栅）及金属薄膜（欧姆接触，低阻互连）
热氧化
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生长机理：
细微的尘埃、杂散电荷、微量气体的侵入都会妨碍晶体管正常工 作,成为晶体管制造中的大敌。正是霍尔尼找出了解决办法：在N—P—N 芯片上敷置氧化硅,形成极薄的保护膜,从而解决了这个难题。
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工艺流程（2）
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工艺流程（3）
1。单晶生长
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半导体器件基础
Czochralski 直拉法
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半导体器件基础
浮动区技术
一小的向上缓慢运动的高温区使相应部分晶体熔化。其中逐 渐冷却的部分生长在籽晶上。 可获得较Czochralski更纯的晶体，并无来自于甘锅的沾污。 应用于大功率，高压器件中（高阻材料）。
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半导体器件基础
园片加工与材料表征