Si集成电路工艺

1、  SiO2的特性:二氧化硅与硅的粘附性好,化学性质比较稳定,绝缘性好、密度大、折射率高、介电强度高、介电常数大。
2、  SiO2的结构:(1)结晶形SiO2----Si-O四面体在空间上规则排列;(2)无定形SiO2----Si-O四面体在空间上没有一定的规则;
3、  桥键氧:连接两个Si-O四面体的氧称为桥键氧;非桥键氧:只与一个Si连接的氧称为非桥键氧。
4、  在无定形的SiO2中,O的运动同硅相比更容易些;因为Si原子要运动就必须打破四个Si-O键,但对氧来说,只需打破两个Si-O键,对非桥键氧只需打破一个Si-O键。
5、  在热氧化法制备SiO2的生长方向,是氧或水汽等氧化剂穿过SiO2层,到达Si-SiO2界面,与硅反应生成SiO2,而不是硅向SiO2外表面运动,在表面与氧化剂反应生成SiO2
6、 SiO2只与反应【H2(SiF6)、H2O】;强碱{KOH}溶液发生反应【K2SiO3、H2O】
7、  杂质在SiO2中的存在形式:(1)网络形成者:替代Si-O四面体中心的Si,并能与氧形
成网络的杂质。三价杂质使非桥键O数目增加,使SiO2强度下降,而五价杂质能使近邻的一个非桥键O形成桥键O,增强SiO2强度;(2)网络改变者:存在于SiO2网络间隙中的杂质。其往往是以氧化物形式进入SiO2,进入网络后经过电离后把O交给SiO2网络,使非桥键O数目增加,降低了SiO2的强度和熔点。
8、  水汽能以分子态形式进入sio2网络中,并能和桥键氧反应生成非桥键氢氧基,本反应减少了网络中桥键氧的数目,网络强度减弱和疏松,使杂质的扩散能力增强。
9、  选用SiO2作为掩蔽层的原因:大多数杂质在SiO2中的扩散系数都远远小于在Si中的扩散系数;  {如果说成是说有杂质则是错误的}   
10、制备SiO2的方法:热分解淀积法,溅射法PVD,真空蒸发法,阳极氧化法,化学气相淀积法CVD,热氧化法等。
11、热生长SiO2的特点:生成的SiO2具有很高的重复性和化学稳定性,其物理和化学性质不易受到湿度和中等热处理温度的影响。并且它能够有效的降低Si表面的悬挂键密度,从而降低表面态密度,另外还能很好的控制界面陷阱和固定电荷。
12、生长一个单位厚度的SiO2需要消耗0.44个单位的Si ,X={Csio2/Csi}X0
13、热氧化的分类:(1)干氧氧化 是指在高温下,氧气与硅反应生成SiO2。生成的SiO2具有结构致密、干燥、均匀性和重复性好,掩蔽能力强,与光刻胶黏贴性好。但是生长速率慢,效率低;(2)水汽氧化  是指在高温下,硅与高纯水长生的蒸汽反应生成SiO2。具有较高的生长速率,但是反应生成的H2散离过程中使SiO2网络变得疏松,Si-SiO2界面质量差;【H2O比O2在SiO2中有更好的扩散系数和溶解度】(3)湿氧氧化  的氧化剂是通过高纯水的氧气,高纯水一般被加热到95摄氏度左右。
14、实际生产中制备较厚的SiO2一般采用干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式,既保证了Si-SiO2界面质量。有解决了生长速率的问题。
15、由公式分析两种极限情况【热氧生长动力学】,扩散控制 or 反应控制(极限)
16、热氧化速率受氧化剂在SiO2的扩散系数和与Si的反应速度中较快还是较慢的影响?较慢的一个因素决定。
17、SiO2生长厚度时间的关系,氧化时间长----扩散控制,氧化时间短----反应控制。
18、氧化速度与氧化剂分压、温度成正比?
19、晶向对氧化速率的影响----不同的晶向所对应的晶面氧化速率的不同是由于各个晶面的键密度不同引起的,一般来时氧化速率由Si-Si键密度决定,但又不是简单的正比关系。
20、解释图2.15
21、位阻现象---生成反应物本身的阻挡价键与反应表面的倾角导致反应不能流畅无阻地进行的现象。
22、分凝现象----将含有杂质的晶态物融化后再结晶时,杂质再结晶的固体和在非结晶的液体中的浓度不相等的现象。(B、P、Na、Cl··)  解释B对氧化速率的影响 在分凝过程中有大量的B从硅中进入并停留在SiO2中,因而SiO2中管道封堵器非桥键氧的数目增加,从而降低了SiO2的结构强度,氧化剂不但容易进入SiO2,而且穿过SiO2的扩散能力也增加,因此抛物型速率常数明显增大,而对线性速率常数没有明显的影响。
23、为了准确控制干氧试验为什么选用液态氧源?  为了很好得控制反应压强不是外界影响,所以选用体积小的液态氧。
24、NaCl对氧化的影响  当氧化层中如果含有高浓度钠时,则线性和抛物型氧化速率都明显变大;在干氧氧化的气氛中加氯,氧化速率常数明显变大。
25、SiO2和Si-SiO2界面中的四种类型电荷:可动离子电荷、氧化层固定电荷、界面陷阱电荷、氧化层陷阱电荷;  主要以网络改变者形式存在、荷正电的碱金属离子;容易引起MOSFET的阈值电压的不稳定、局部电场加强、mos管低击穿。
26、描述B-T试验【偏温测试】  氧化层喝栅材料中的可动离子可以用C-V技术来测量。实验步骤:1、初测MOS的C-V特性,加正电压10~20min并保持200~300℃;2、栅极加反向偏压,测MOS的C-V特性;3、再次加正向偏压,可以看到MOS的C-V特性会得到恢复。【有时只能恢复一部分,这是由于在进行第一次B-T测试时电荷注入和电荷被陷的结果】
1、什么是扩散?集成电路制造中的固态扩散工艺的简称。
2、扩散的几种形式  间隙式扩散替位式扩散
3、什么是间隙式杂质,
4、什么是替位式杂质,
5、替位式杂质的运动相比电梯应急装置间隙式杂质运动更为困难,因为替位式杂质首先要在近邻出现空位,同时还要求靠热涨落获得大于势垒高度Ws的能量才能实现替位运动。
6、菲克第一定律表述形式
7、如何由菲克第一定律推出扩散系数的表达式
8、菲克第二定律的表达式
9、扩散的两种经典模型。各自的边界条件和初始条件 恒定表面源扩散有限表面源扩散
10、恒定源扩散的杂质浓度服从余误差函数分布,其缺点是很难通过温度来达到控制表面浓度Cs的目的。
11、有限表面源扩散杂质浓度服从高斯分布
12、用两步扩散法---希望得到低表面浓度的掺杂,同时满足杂质数量,结深,梯度等要求。
13、氧化层下方扩散能力得到加强:通过空位和间隙两种机制,在氧化界面附近产生大量间隙原子,过剩的间隙原子向内扩散同时,不断与空位复合,过剩的间隙原子浓度随温度而降低,表面处过剩间隙原子和替位原子相互作用,以替位-间隙交替运动。其扩散速度比但单纯由替位到替位要快。【对P、B来说间隙时扩散更重要。而对Ti来说它是以扩散机制运动的,所以在氧化层下方Ti的扩散被阻滞】
14、什么是二维扩散?  杂质通过窗口以垂直Si表面扩散的同时,也将在窗口边缘附近的Si内进行平行于表面的横向扩散。即横向扩散与纵向扩散同时进行的扩散称为二维扩散。启示:由于横向扩散的存在,实际扩散区域要比SiO2窗口的尺寸大,其后果是Si内扩散区域之间的实际距离比由光刻版所确定的尺寸要小。
秸杆燃气炉
1、离子注入的主要特点(优于扩散的)  纯度高、能量单一;精确控制注入到硅中的掺杂原子数目;低温,工艺灵活对化合物半导体伤害小;掺杂深度可通过控制离子束能量高低来实现;衬底温度较低,避免了热缺陷;不受杂质在衬底材料中的固溶度限制;横向效应比热扩散小。
2、LSS模型  注入离子在靶内的能量损失分为两个彼此独立的过程:1、核碰撞(核阻止)
,2、电子碰撞(电子阻止),总能量损失是他们的和。
3、核阻止和电子阻止分别可视为哪两种模型?核阻止在电子屏蔽和库仑力作用下的弹性小球碰撞;电子阻止类似于黏滞气体的阻力。
4、解释图4.2、4.5
5、注入离子的能量分为三个区域:  波盘低能区:在这个区域中核阻止本领占主要地位,电子阻止可以被忽略。中能区:在一个比较宽的区域中,核阻止本领和电子阻止本领同等重要,必须同时考虑。高能区:在这个区域中,电子阻止本领占主要地位,核阻止本领可以忽略。
6、沟道效应 当离子注入的方向与靶晶体的某个晶向平行时,就会出现注入深度大于在无定形靶中的深度的现象叫沟道效应。第一、偏移晶向一定的角度;第二、在靶材料表面覆盖一层无定形材料薄膜。
7、离子注入形成浅结  预先非晶化是一种是实现浅洁的比较理想方法。在注入离子之前,先以重离子高剂量注入,使硅表面变为非晶的表面层,这种方法可以是沟道效应减到最小,
与重损伤注入层相比,完全非晶化层在退火后有更好的晶体质量。
8、注入离子与靶原子碰撞时出现的几种情况  第一、若传递能量<Ed,那么,就不可能有移位原子产生。被碰原子只在平衡位置振动,将获得的能量以振动能的形式传递给近邻原子,表现为宏观的热量。第二、在碰撞过程中,靶原子获得的能量大于Ed而小于2Ed,那么被碰原子本身可以离开晶格位置。称为移位原子,并留一个空位。第三、被碰原子本身移位之后,还具有很高的能量,在它的运动过程中,还可以使它碰撞的原子发生移位。
9、级联碰撞  移位原子与入射离子碰撞而发生移位的原子,称为第一级反冲原子。与第一级反冲原子碰撞而移位的原子称为第二级反冲原子,依次类推,这种不断碰撞的现象叫级联碰撞。
10、注入离子在si衬底产生的损伤: 第一、在原本为完美晶体的硅中产生孤立的点缺陷或者缺陷;第二、在晶体中形成局部的非晶区域;第三、由于注入离子引起损伤的积累而形成非晶层。
11、BAS为例计算80kev的轻离子与重离子对si衬底产生的损伤百分比【15`】
 
80kevB注入硅中,1、投影射程250nm,初始阶段能量损失率35ev/nm(电子阻止的能力,每走过1nm损失35ev,)由于一个晶格之间的间距是0.25nm,所以每走过一个晶面所损失的能量为8.75ev(35*1/4=8.75,1nm的损失走过了四个晶面)但8.75<Ed(移位阀能,约15ev),所以开始不足以使硅原子移位。2、当注入离子进入到130nm处时,能量减小到40kev,晶格损失增加到60ev(有核阻止的参与,核碰撞损失15ev),每穿过一个晶面损失60/4=15ev可以使硅原子发生移位,设后面的硅原子全部可以移位,则总共可移位(250-130)/0.25=480个,每个原子将移动2.5nm,那么损伤体积Vdam≈∏(2.5nm)2120=2.4*10-18cm3 损伤密度480/Vdam≈2*1020 / cm3仅占相应体积所有原子的0.4%2*1020/5*1022=0.004
对于Ge,主要是核阻止,每通过一个晶面损失300ev,,因为核阻止的平均能量损失为1200ev/nm,投影射程为50nm,则发生的位移原子为(300/15*(1200/300)*50=4000个,则Vdam≈∏(2.5nm)250=1*10-18cm3 损伤密度4000/Vdam≈4*1021 / cm3仅占相应体积所有原子的8%
螺母
桁架结构12、离子注入产生哪几种损伤?第一、简单晶格缺陷;第二、非晶层

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