集成电路工艺原理资料

第一章衬底材料

1、三种单晶制备方法的特点和用途比较

直拉法（引晶，缩颈，放肩，等径生长，收晶）

基本原理：将多晶硅在真空或惰性气体保护下加热，使多晶硅熔化，然后利用籽晶来拉制单

-固相界面附近存在温度梯度(dT/dz)。

区熔法（悬浮区熔法：多晶硅棒和籽晶粘在一起后竖直固定在区溶炉上、下轴之间；

水平区熔法：多晶硅棒和籽晶粘在一起后水平固定在区溶炉左、右轴之间）

基本原理：将籽晶与多晶硅棒紧粘在一起，利用分段熔融多晶棒，在溶区由籽晶移向多晶硅棒另一端的过程中，使多晶硅转变成单晶硅。

中子嬗变掺杂法：利用热中子（即低能中子）对高阻单晶进行辐照，从而使其电阻率发生改变的方法。主要用来对高阻区熔单晶电阻率的均匀性进行调整。

三种单晶制备方法的比较

方法C、O含量直径电阻率大小电阻率均匀性用途

直拉法较高大低径向、轴向均匀性很差制作VLSI

区熔法较低较小高径向、轴向均匀性较差制作PowerDevice

中子嬗变法不变不变可调较好调整电阻率

2、硅中有害杂质的分类、存在形式及其影响

非金属主要有C、O、H原子。

重金属主要有Au、Cu、Fe、Ni原子。

金属主要有Na 、K、Ca、Al、Li、Mg、Ba 原子等。

分类种类存在形式主要影响

影响器件的特性参数(UT,β,Usat,fT)；影响硅单晶的力O 间隙位置学性质(降低其机械强度)；有源区外的氧有利于吸收附非金属近的重金属杂质,增强硅器件抗α粒子辐射的能力。

C 替位位置影响硅器件的电学性质(IR↑，UB↓)；会减小硅的晶

格常数，引起晶格畸变；

间隙90% 有多个能级和双重电活性(受主或施主)或复合重金属Au 替位10% 中心, 影响硅的电阻率(ρ)和寿命(τ)；

有效的复合中心影响较严重，除影响τ, ρ外，易在缺陷处形成杂Cu Fe 深能级质线和沉积微粒，使器件产生等离子击穿、

PN结漏电“管道”等现象

金属Na,K 间隙位置参与导电、影响器件的电学特性；

Al Al会对N型材料的掺杂起补偿作用,使ρ↑

3、硅中杂质吸除技术的分类，四种非本征杂质吸除方法的原理。

物理吸除（本征吸除，非本征吸除），化学吸除

物理吸除: 在高温过程中，将晶体缺陷和杂质沉积团解体，并以原子态溶于晶体中，然后使它们运动至有源区外，或被俘获或被挥发。

本征吸除: 用多步热处理方法在硅片内引入一些缺陷，以此吸除在表面附近的杂质和缺陷, (无外来加工) 。

非本征吸除: 对硅片施以外来加工进行析出的方法。

①背面损伤吸除: 通过(喷砂、离子注入、激光辐照等)在晶片背面引入损伤层，经过处

理，损伤层在背面诱生大量位错缺陷，从而将体内有害杂质或微缺陷吸引至背面。

②应力吸除：在晶片背面沉积氮化硅、多晶硅薄膜等引入弹性应力，在高温下，应力场

使体内有害杂质和缺陷运动至应力源处，从而“清洁”晶片体内。

③扩散吸除：在背面或有源区外进行杂质扩散，利用杂质原子与硅原子半径的差异引入

大量失配位错，从而达到将有害杂质和缺陷聚集于失配位错处，消除有源区缺陷的目的

④组合吸除: 在硅片背面沉积PSG和BSG，在高温下处理，高浓度的P和B向晶片内

部扩散，引入失配位错；同时硅和PSG，BSG膨胀系数不匹配引入应力场，在双重因素的作用下，达到吸除有害杂质和缺陷的目的。

4、晶面标识的目的、方法，晶面主参考面、次参考面的作用，硅片主、次参考面取向标志的识别。

晶面标识目的：为了加工时识别晶片的晶向和导电类型及划片方位，必须在晶片上作出主、次参考面识别标志

1.主参考面（主定位面，主标志面）①起识别划片方向作用；

②作为硅片（晶锭）机械加工定位的参考面；

③作为硅片装架的接触位置，可减少硅片损耗；

2.次参考面（次定位面，次标志面）：识别晶向和导电类型

5、三种精细抛光方法的特点机理比较

机械抛光化学抛光化学机械抛光

机理与磨片原理相同晶片表面的化学腐蚀过程化学抛光与机械抛光的结合特点平整度较高；光洁度高；无损伤层；光洁度高；无损伤层；

晶片表面仍存在损伤层；但平整度较差。整度较高。

第二章外延

1、外延的定义（PPT第4页）、目的，外延层与衬底的异同点。

外延：在低于晶体熔点的温度下，在一片表面经过细致加工的单晶衬底上，沿其原来的结晶轴方向生长一层导电类型、电阻率、厚度和晶格结构完整性都符合要求的新单晶的过程。外延生长的最终目的是：沉积一层缺陷少，且可控制厚度及掺入杂质的单晶薄膜。

异同点：外延是在晶体上生长晶体，生长出的晶体的晶向与衬底晶向相同，且掺杂类型、电阻率、厚度可控，并这些参数不依赖于衬底的杂质种类和参杂水平。

2、外延生长的分类，外延生长的特点。

根据外延层在器件中所起的作用

（正外延*：器件直接作在外延层上n/n+，反外延：器件作在衬底上n+/n ）

根据衬底和外延层材料来分（同/异质外延*：衬底与外延层属于/不属于同一材料）

根据制备方法（向衬底输送原子的方式）不同

（气相外延：相变由气态发生固相：相变由固态发生液相：从溶体中生长晶体（直拉法））根据结构形式来分

（平面/非平面外延*：外延表面结构不同；选择/非选择外延：同一表面不同物质）

根据系统的压力不同来分：常/低压外延：系统在常压(1atm)/低于1atm下进行的外延

外延生长的特点

(1)可以在低(高)阻衬底上外延生长高(低)阻外延层。

(2)可以在P(N)型衬底上外延生长N(P)型外延层，直接形成PN结，不存在用扩散法在单晶基片上制作PN结时的补偿的问题。

(3)与掩膜技术结合，在指定的区域进行选择外延生长，为集成电路和结构特殊的器件的制作创造了条件。

(4)可以在外延生长过程中根据需要改变掺杂的种类及浓度，浓度的变化可以是陡变的，也可以是缓变的。