半导体加工工艺复习整理

1、半导体衬底1、硅是目前半导体中用的最多的一种衬底材料2、 硅的性能：屈服强度 7x109 N/m2弹性模量 1.9x1011 N/m2 密度 2.3 g/cm3热导率 1.57 Wcm-1 C-1热膨胀系数 2.33x10-6 C-1 电阻率（P） n-型1 - 50? .cm 电阻率（Sb） n-型 0.005 -10? .cm 电阻率（B） p-Si 0.005 -50 ? .cm 少子寿 命 30 -300 卩 s 氧 5 -25 ppm 碳 1 - 5 ppm 缺陷 500 cm-2 直径 Up to 200 mm 重金属杂质 SiHCI3+H2 、2SiHCI3（蒸馏后 的）+2H2一 2Si（电子级）+6HCI4、 直拉法单晶生长（p19）:多晶硅放在坩埚中，加热到 1420OC将硅熔化，将已知晶向的 籽晶插入熔化硅中然后拔出。硅锭旋转速度20r/mi n 坩埚旋转速度10r/mi n 提升速度: 1.4mm/min （ 100mm） 掺杂 P、B、Sb、As5、芯片直径增大，均匀性问题越来越突出6、 区熔法晶体生长（p28）:主要用于制备高纯度硅或无氧硅。生长方法：多晶硅

2、锭放 置在一个单晶籽晶上，多晶硅锭由一个外部的射频线圈加热，使得硅锭局部熔化，随着特点：电阻率高、无杂质沾污、线圈和熔融区的上移，单晶籽晶上就会往上生长单晶。 机械强度小，尺寸小。（100）7、din二、热氧化1、Si02的基本特性：热SiO2是无定形的、良好的电绝缘材料、高击穿电场、稳定和可重复的Si/SiO2界面、硅表面的生长基本是保形的、杂质阻挡特性好、硅和SiO2的腐蚀选择特性好。2、 热氧化原理：反应方程：Si（固体）+O2（气体）-SiO23、 含Cl氧化：氧化过程中加入少量的 HCI或TCE（三氯乙烯）:减少金属沾污、改进Si/SiO2 界面性能（P70）4、 氧化中消耗硅的厚度：1umSI被氧化2.17umSIO25、 热氧化的影响因素：温度、气氛（干氧、水汽、HCI）、压力、晶向、掺杂6、高压氧化：对给定的氧化速率，压力增加，温度可降低；温度不变的情况下，氧化时间 可缩短7、 氧化层的缺陷： 表面缺陷：斑点、白雾、发花、裂纹体内缺陷：针孔、氧化层错8、氧化诱生堆垛层错:氧化过程夕产生自填隙硅原子刁集巾并延伸今OSF三、扩散掺杂扩散扩散的基本原理扩散方法扩散层的主要参数

3、及检测主要用于结较深(0.3 5)线条较粗(3离子注入的离子基本原理 注入离子注入设备离子注入后的损伤与退火主要适用 于浅结细 线条图形1、 掺杂在半导体生产中的作用：形成PN结；形成电阻；形成欧姆接触；形成双极形的基 区、发射区、集电区， MOS管的源、漏区和对多晶硅掺杂；形成电桥作互连线2、扩散的定义：在高温下，杂质在浓度梯度的驱使下渗透进半导体材料，并形成一定的杂 质分布，从而改变导电类型或杂质浓度。3、填隙扩散机制：硅原子挤走杂质，杂质再填隙4、替位式杂质又称 慢扩散杂质，间隙式杂质又称 快扩散杂质,工艺中作为掺杂一般选择慢 扩散杂质，工艺容易控制5、基区陷落效应(也叫发射区推进效应):现象：发射区下的基区推进深度较发射区外的基区推进深度大。产生原因：在扩散层中又掺入第二种高浓度的杂质，由于两种杂质原子与硅原子的晶格不匹配，造成晶格畸变从而使结面部份陷落改进措施：采用原子半径与硅原子半径相接近的杂质6、 扩散分布的测试分析 (1)浓度的测量：四探针测量方块电阻；范德堡法；(2)结深的测量：磨 球法染色四、离子注入1、离子注入的定义：先使待掺杂的原子或分子电离，再加速到一定的能量

4、，使之注入到晶 体中，然后经过退火使杂质激活2、 离子注入的优点： 精确控制剂量和深度：从1010到1017个/cm2,误差+/- 2%之间； 低温：小于125C ; (3)掩膜材料多样：photoresist, oxide, poly-Si, metal; (4)表面要求低 (5)横 向均匀性好( 1% for 8 ” wafer)3、离子注入系统 漓子源(BF3, AsH3, PH3);加速管终端台(P98)4、 质量分析器：选择所需要的杂质离子，筛选掉其他的杂质离子(P99)5、加速器：利用强电场使离子加速获得足够的能量能够穿跃整个系统并注入靶 (注入深度取决于加速管的电场能量 )6、靶室：接受注入离子并计算出注入剂量QItqqAI：束流强度A :硅片面积t:注入时间7、库仑散射与离子能量损失机理(P103)8离子注入损伤与退火： 退火的作用：(1)消除晶格损伤(2)激活杂质；退火的方法(1)高温热退火：用高温炉把硅片加热至800-1000 C并保持30分钟。特点：方法简单，设备兼容，但高温长时间易导致杂质的再扩散。9、 注入损伤(P110):入射离子与晶格碰撞产生原子移位，形成

5、损伤。热处理可以消除损伤和激活杂质。晶体中的缺陷：一次缺陷、二次缺陷(点缺陷重新组合并扩展形成的，如位错环)P11110、 等时退火：激活载流子、减小二次缺陷 (P113)固相外延的过程(SEP) P11211、Rapid Thermal Processing:减小了杂质再分布、工艺简单、硅化物的形成、热塑应力五、光刻1、光刻:将掩模版上的图形转移到硅片上2、光刻系统的设备需要：甩胶机、烘箱或热板、对准与暴光机。对准机Aligner-3个性能标准：分辨率：3 10%线宽、对准、产量3、 光刻分辨率：对准机和光刻胶的分辨率是爆光波长的函数；波长越短，分辨率越高；短 波长能量高，爆光时间可以更短、散射更小。4、光源：Hg Arc lamps 436(G-line), 405(H-line), 365(l-line) nm ;Excimer lasers: KrF(248nm) and ArF (193 nm)P1605、 接触式光刻：Resolution R 0.5 m ; 掩膜板容易损坏或沾污(P163)6、接近式光刻 P1657、 投影式光刻：增加数值孔径NA ,最小特征尺寸减小， 但

6、聚焦深度也减小， 必须折中考虑。8、 光刻胶：负胶-爆光区域保留；正胶-爆光区域去除P181灵敏度-发生化学变化所需的光能量分辨率-在光刻胶上再现的最小尺寸9、 聚合物：聚合物是由许多小的重复单元连接而成的。结构：串联、分支、交联对于光刻胶：爆光产生断链是正胶；爆光产生交联是负胶P18310、 DQN正胶：PAC的氮分子键很弱，光照会使其脱离；Wolff重组，形成乙烯酮；初始材料不溶于基本溶液；PAC为抑制剂。P18411、 DQN正胶感光机理：邻叠氮萘醌类化合物经紫外光照射后，分解释放出氮气，同时分子结构进行重排，产生环的收缩作用， 再经水解生成茚羧酸衍生物，成为能溶于碱性溶液的物质，从而显示图形。12、 先进光刻技术：浸入光刻(优点:分辨率与n成正比；聚焦深度增加)；电子束光刻(缺点: 束流大，10 s mA;产量低，10wafers/hr.);离子束光刻；纳米压印光刻六、刻蚀1、刻蚀的定义：硅片表面形成光刻胶图形后，通过刻蚀将图形转移到wafer上。 干法、湿法等 Figure of Merit:刻蚀速率、均匀性、选择比。2、腐蚀选择性:Sab材料A的垂直腐蚀速率 材料B的垂直腐

7、蚀速率P259TIL -回Wet Etching : S受化学溶液，浓度和温度控制；RIE： S受等离子参数、气氛、气压、流量和温度影响3、 湿法腐蚀：工艺简单、高选择比、无衬底损伤；非各向异性、工艺控制差、沾污P260腐蚀过程：（1）反应剂传输到表面 （2）化学反应（3）生成物离开表面（图如上）常见材料的腐蚀：Si02 的腐蚀：6:1 = HF Thermal silicon dioxide , 1200 ?/minSiO2 + 6HF - H2+ SiF6 + 2H2O ;NH4FA+B+e;原子离 化 e* +A-A+ +e+e ;分子离化 e* +AB-AB+ +e+e;原子激发 e* +A -A* +e;分子 激发 e* +AB-AB* +e极间高压电弧产生离子和电子；阴极产生二次电子P250射频放电9、 高压等离子刻蚀：高压-平均自由程 30-300A硅碳化合物和损伤；Si-H键缺陷损伤P278 13、高密度等离子体（HDP ）刻蚀：磁场的存在，电子的路径被延长了很多，碰撞几率增 大，导致离子密度和自用基的密度很大。七、化学气相淀积（CVD ）1、 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性APCVD = Atmospheric Pressure CVD（硅片平放）; LPCVD = Low Pressure CVD（硅片竖放）;PECVD = Plasma En ha need CVD（硅片平 放）;HDPCVD = High-Density CVD（硅片平放）2、APCVAD :淀积速率快、系统简单、均匀性差、硅片温度240-450OC、常用淀积SiO2 . P3

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