快三平台开奖结果|微电子工艺学课件_6pdf

 新闻资讯     |      2019-12-22 09:09
快三平台开奖结果|

  杂质在二氧化硅中的扩散运动与在硅中一样都服从扩散规律:D⎯表观扩散系数Ea⎯杂质在SiO中的扩散激活能二氧化硅的掩模特性()aEkTSiODDe−=Ea掩蔽是相对的、有条件的硼、磷:在二氧化硅中的扩散系数很小二氧化硅薄膜对这类杂质是一种理想的扩散掩蔽膜。缓冲层垫氧化层当氮化硅直接沉积在硅衬底上时界面存在极大应力和界面态密度多采用SiNSiOSi结构。SiSiO表面SiO原始硅界面不同类型氧化中kB与温度的关系不同杂质在SiSiO系统中的分凝系数是不同的。MOS器件的绝缘栅介质nm栅氧化层YearofProductionTechnologyNode(halfpitch)nmnmnmnmnmnmnmnmnmMPUPrintedGateLengthnmnmnmnmnmnmnmnmDRAMBitsChip(Sampling)MMGGGGGGGMPUTransistorsChip(x),,解:mol硅的摩尔体积为:同样mol二氧化硅的摩尔体积为:当mol硅转化为mol二氧化硅时:即:例如产生nm的二氧化硅需消耗nm的硅。e氯:HCl是最常用的氯源-¾钝化可移动离子尤其是钠离子¾增加氧化层下面硅中少数载流子寿命¾减少缺陷提高抗击穿能力¾降低界面密度和表面固定电荷密度¾减少氧化层下面硅中由氧化导致的堆垛层错。气体输运流密度通过SiO的扩散流密度界面处反应流密度J:number(cms)dJJJOnlyTheParanoidSurvive要想预见今后年会发生什么就要回顾过去年发生的事情BEDEALandASGROVE!

  ¾各层中微孔的不重合可看成是一层有效地封住另一层的微孔防止早期栅介质失效¾氮化硅可增加薄膜的有效介电常数并且可以提高抗硼透入的能力。atm,供教师备课教学使用。再分布之后靠近界面处的二氧化硅中的杂质浓度比硅中高硅表面附近浓度下降k二氧化硅中的快扩散杂质如氢环境下加热掺硼的硅SiO中的氢可提高硼的扩散速率。Han等)及实验数据吻合。二氧化硅中杂质的再分布很少有电活性但硅中杂质的再分布在氧化和器件制造过程中起着非常重要的作用。SiOSiOHOVII扩散氧化反应空位V:N型非本征重掺杂V远高于轻掺杂(+γ)Si+OI+βV⇔SiO+γI+应力设计时需考虑对刻蚀工艺的影响c水汽:干氧氧化工艺过程中的杂质导致缺陷密度增加。-界面势阱电荷(interfacetrappedcharge)-氧化层固定电荷(fixedoxidecharge)-氧化层势阱电荷(oxidetrappedcharge)栅极源极漏极衬底四端MOSFET剖面afikTNlnqnφ=NMOS:stffoxsoxadNqVεφφεεε=dfikTNlnqnφ=−PMOS:()stffoxdsoxqVdNεφφεεε=−−要得到良好受控的阈值电压需要控制:氧化层厚度、沟道中掺杂浓度、金属半导体功函数以及氧化层电荷。通常采用热氧化生成厚度~μm。氧化掩模层的厚度一般采用实验测量方法获得典型厚度为~μm。()xAxBtτ=()dAdBhτ==()xdmμ==水汽氧化用d=计算τ=关于τ干氧氧化用d=nm计算d≠τ代表的是在现在条件下生长d所需的时间与实际生长的方法无关d=ak的慢扩散杂质(例如硼)杂质在硅中的平衡浓度杂质在二氧化硅中的平衡浓度k=掺硼硅湿氧氧化层厚度与温度和浓度的关系杂质¾线性和抛物型氧化速率常数对存在于氧化剂或衬底中的杂质、水汽、钠、氯、氯化物等物质都非常敏感。相关推进速率与杂质通过氧化层的扩散速率之比对杂质再分布程度影响非常大。

  QothavesimilareffectasQf(shiftcharacteristics)PtypeQIfollowsQGÆC=COXXD=XDmaxÆQDfixedXDXDmaxToavoiddeepdepletion*:U=−niτG,Jgen=qniWτGdVdt≤JgenC≈JgenCOX=qniWτACOXVsec()氧化膜中可动离子(Na)含量测定(BT)、初次测量CV曲线①、栅极加约MVcm正向偏压同时器件加热至~°C。在同一基片上制备的多个器件可以采用一个厚的场氧化层实现有效隔离。薄膜淀积技术一直在飞速进步发展出了很多种类已经成为一门独立的工艺技术学科相应的理论研究非常深入和广泛从经典的热力学理论到建立在原子级观测的成核理论几乎涉及到薄膜科学的每个方面。¾折射率:波长为nm时n≈。ggBBp,其特点是:一、在微电子器件中用途各异例如:热氧化薄膜和电介质薄膜导电层之间的绝缘层扩散和离子注入的掩模防止掺杂杂质损失而覆盖在掺杂膜上的覆盖膜或钝化膜外延薄膜器件工作区多晶硅薄膜MOS器件中的栅级材料多层金属化的导电材料以及浅结器件的接触材料金属膜和金属硅化物薄膜形成低电阻内连、欧姆接触及用来调整金属与半导体之间的势垒。选择性扩散和离子注入是根据某些杂质(例如B、P)在二氧化硅中的扩散速度远小于在硅中的扩散速度这一性质来实现的。两个相互垂直的偏振光分量的振幅与相位变化与膜厚度及折射率有关查图表(软件自动计算)可得到厚度及折射率。来源:-氧化层中一些断裂的SiO、SiSi、SiH、SiOH-电离辐照(ionizationirradiation)-工艺过程:如电子束蒸发、溅射、等离子体刻蚀、电子束或X射线光刻、离子注入结果:这些陷阱会捕获空穴或电子影响器件的工作¾°C干氧化可以改善SiO结构使其不易打断抗辐射氧化¾可通过在H或惰性气体中°C退火消除¾加对于辐射不敏感的钝化层如AlO和SiN氧化层势阱电荷QotxxxxxxKTransitionRegionNaSiOQmQotQfQitSilicon氧化质量分析¾物理测量:AFM、SEM、TEM、表面光度法→厚度破坏性¾光学测量:比色法、干涉法椭圆偏光法→厚度、折射率非破坏性¾电学测量:电容电压(CV)法→电容、电荷等非破坏性一、物理测量采用掩蔽腐蚀法在氧化层上形成一个台阶然后去掉掩蔽膜使用AFM、SEM、TEM或表面光度仪(profilometry)测量台阶高度具有nm以下的分辨率。HfBasedHighKDielectricMetalGate(Intel)漏电减少倍功耗也可很好控制但成本增加。请先进入【个人中心】-【账号管理】-【设置密码】完成设置全国最大的共享资料库,Sb)¾优秀的绝缘性能(ρΩcm,氧同位素测定SiO-压应力Si-拉应力LOCOS中氧化硅的体积为所消耗的硅体积的倍计算:如果通过热氧化生成的二氧化硅层厚度为x那么被消耗掉的硅的厚度是多少?已知硅的摩尔质量为gmol密度为gcm二氧化硅摩尔质量为gmol密度为gcm。

  但是类型以及分凝系数不同的杂质对氧化速率的影响机制不同。xtτ硅热氧化的普遍关系及两种极限形式薄氧化硅时线性速率常数BA()Bx=tτA厚氧化硅时抛物线速率常数B=()xBtτ实验法提取B和BA的值txτ有实验值可供使用()xAx=Btτ−tτx=BAxt平坦没有图案的轻掺杂衬底上在单一O或HO气氛下SiO厚度大于nm时GD模型能很好地描述氧化过程。如果二氧化硅中的杂质扩散速率非常大这个因素将变得更重要。硅的热氧化存在两种极限情况:SiOsDkx==()igsCCHpkhCCb当时Ci→C→Hpg氧化剂以扩散方式通过二氧化硅层运动到SiOSi界面处的量极少以至于到达界面处的氧化剂与硅立即发生反应生成SiO界面处没有氧化剂堆积其浓度趋于零。HO=HOSiHO=SiOH三氯乙烷掺氯氧化立式炉卧式炉热预算小¾杂质再分布小¾玷污少(冷壁)¾洁净(腔体小)¾加工时间短。¾电阻率:与制备方法及所含杂质数量等因素有关。C=khkxDkhkxD时氧化从反应控制过渡到扩散控制对应的氧化层厚度在~nm≈SiOsDkxJ=ksCi积分===()sgllssSiOkHpJdxRdtNNkhkxD若Nl是形成单位体积(cm)SiO所需要的氧化剂分子数已知SiO的分子数为×atomscm即对于O氧化Nl=×atomscm对于HO氧化Nl=×atomscm生长速率:假设氧化前已存在厚度为d的氧化层则此微分方程给出SiO生长厚度与时间的关系:式中:d引起的时间坐标平移。例:MassoudModeldxOdt=BxOACexp−xOL⎛⎝⎜⎞⎠⎟硅()面干氧氧化速率与氧化层厚度的关系•DG模型附加项→higherdxdtduringinitialgrowth•L≈nm附加项随氧化层厚度增大呈指数衰减•与DG模型兼容性较好•整个厚度范围内与其它模型(Reisman,结果:造成MOS器件阈值电压VT的变化及稳定性问题。

  atm,GateOxideToxEquivalent(nm)MPUGateOxideToxEquivalent(nm)LowOperatingPowerGateDielectricLeakage(nA�mÞC)MPUThicknessControl(σ)MinSupplyVoltage(volts)Newdielectricsε↑toavoidtunneling(highK)选择性掺杂的掩蔽二氧化硅在微电子器件制造中的重要用途之一就是作为选择掺杂的掩蔽膜。相长干涉会增强某一反射光的波长使相应于这一波长的硅片颜色发生变化。晶向:Qf():Qf():Qf()=::≡Si·Dealtriangle适于()硅()硅约小倍xxxxxxKTransitionRegionNaSiOQmQotQfQitSiliconQitQf:温度越高越小界面越粗糙越大比小得多低温合金退火(氢钝化)低温合金退火(氢钝化)高温氩气退火高温氩气退火掺氯氧化掺氯氧化惰性气体中升降温QfT关系T不变只变气氛位置:可以在氧化层中任意地方。H:亨利气体常数pg:气体中的氧化剂分压H:亨利气体常数pg:气体中的氧化剂分压=ghhHkTa如果则在这种情况下进入SiO中的氧化剂快速扩散到SiOSi界面。xxxxxxKTransitionRegionNaSiOQmQotQfQitSilicon位置:位于氧化层中任意地方。一、DealGrove(DG)氧化动力学模型CG:气相区氧化剂浓度CS:氧化物外表面氧化剂浓度CO:氧化物内表面氧化剂浓度CI:氧化物生长界面氧化剂浓度。

  当入射光与反射光发生相消干涉时出现光强的最小值。近1000个优质教学课件,Stylus比色法:判定氧化层厚度的最简便方法。请按照平台侵权处理要求书面通知爱问!高温干氧氧化制备的SO电阻率Ω⋅cm。与生长温度关系:温度升高Qf下降。再分布之后硅表面附近的杂质浓度升高k二氧化硅中的快扩散杂质如镓。二、光学测量colorcorrelatedwiththicknessofadielectriclayer(nmaccuracy)no、n:空气及SiO薄膜复折射率m:干涉级数可测量几十nm的透明薄膜测量上限取决于光在膜中的损耗和分辨高次峰的能力!

  结晶形SiO无定形SiO短程有序、长程有序短程有序、长程有序短程有序、长程无序短程有序、长程无序二氧化硅的主要性质¾密度:无定形-gcm结晶形-gcm。通常采用CVD方法制备。开炉放片氧化开炉取片完成热氧化的基本过程控制生长速率的两种机制:表面化学反应的快慢氧化剂通过二氧化硅层的扩散速率SisubstrateSisubstrateVolumeofSiOislargerthanSi()~volumeoftheoxidecannotbeaccommodatedinSiliconSiSiO表面SiO原始硅界面在氧化过程中硅与二氧化硅界面不断向硅内移动使硅表面的玷污移到氧化层内形成一个新的洁净界面。SiOglB=DHpN干氧-usedupto~nm湿氧-usedforthickeroxides~ºC,通过测量最大光强与最小光强之间的波长差Δλ可计算出薄膜的厚度:cossinsinoxmin,由此出现高压和低压氧化技术。与Qf为同一来源→高Qf一定高Qit¾随干氧氧化温度升高而降低¾在能带中间部分Qit()比Qit()低约倍xxxxxxKTransitionRegionNaSiOQmQotQfQitSilicon硅表面原子密度~cmAnnealingwoHoCminHinNoCminHinNMidgapQit(cmeV)Oxidationtemperature(oC)通过FGA有效降低Qit的实例降低Qit的方法:¾低温金属化后退火(PMAlowtemperaturepostmetallizationanneal)¾H或HN(FormingGasAnnealing,杂质在Si中的平衡浓度杂质在SiO中的平衡浓度k==CCk二氧化硅中的慢扩散杂质在分凝过程中杂质通过二氧化硅表面损失很少如硼。不同方法制备的SO薄膜由于密度不同折射率稍有差别。此时热氧化硅生长速率主要由氧化剂在SiO中的扩散速度决定称为扩散控制。高功率密度物质作用于表面在−~秒内将单个硅片加热至~℃:快速热处理炉(RTP)用于热工艺的基本设备传统立式炉RTP整批↑单片↓热壁↓冷壁↑长时间加热和冷却↓短时间加热和冷却硅片较小热梯度硅片较大热梯度↓长周期↓短周期↑测量气氛温度↓测量硅片温度↑结果:结果:大的热预算温度均匀颗粒污染杂质再分布小气氛控制绝对温度测量工艺重复性低产量低快速加热产生应力应用工艺:¾热氧化¾扩散掺杂¾离子注入退火¾APCVD¾……步骤时间(min)温度(℃)净化N(slm)保压N(slm)工艺O(slm)HCl(sccm)注释待机装片升温℃m升温温度稳定干法氧化退火降温℃m降温卸片卸片待机干氧氧化工艺菜单slm:每分钟标准升sccm:每分钟标准立方厘米。此时SiO生长速率由硅表面的化学反应速度决定这种极限情况称为反应控制。通常采用热氧化生成。相比之下界面处氧化剂与硅反应生成SiO的速度很慢造成氧化剂在界面处堆积趋近于SiO层中的浓度。由爱问共享资料用户提供,两种晶向衬底上生长二氧化硅的厚度与反应时间、反应温度的关系()SiinHOat°Cformin()()xABtdxdABττ==计算:有一硅样品在温度为°C下进行干氧氧化小时产生的氧化层厚度是多少?在温度为°C下再进行湿氧氧化生成μm的氧化层需要增加多长时间?已知在°C下干氧氧化速率常数A=μmB=μmhτ=h。磷、砷、锑等杂质的分凝系数为左右镓大约为。来源:由不完全氧化的带有净正电荷的Si引起。¾恒温区横截面温度差小¾有利于实现自动装卸片¾工艺过程中硅片变形小¾硅片破碎时无需立即清洗反应部位粘附物、颗粒少。

  FGA)中~°C退火分钟•退火前Qit约cm•退火后Qit约cm-可应用HfastthroughSiOH⇔H≡Si•HÕ≡SiH→QitØ氧化层固定电荷Qf位置:靠近界面氧化层内~nm范围电荷:正电荷电荷密度cm电荷态在器件工作期间不变化。氧化速率:氧化过程中SiSiO界面按时间函数向硅推进。SiO掩模厚度与硼和磷扩散时间、温度的关系SiSiO界面特性xxxxxxKTransitionRegionNaSiOQmQotQfQitSilicon-氧化层可移动电荷(mobileoxidecharge)SiSiO界面因氧化的不连续而存在一个过渡区各种不同电荷和缺陷会随氧化而出现其存在会极大影响器件性能参数降低器件可靠性。涵盖语文课件、数学课件、英语课件等各方面资源,kkk杂质在Si中的平衡浓度杂质在SiO中的平衡浓度k==CCk二氧化硅中的慢扩散杂质如磷。物理测定法是破坏性的常需要专用的测试片。SigmolVcmmolgcm==SiOgmolVcmmolgcm==SiSiSiOSiOVAdVAd===SiSiOdd=氧化过程中的杂质再分布热氧化过程中硅内靠近SiSiO界面的杂质将在界面两边的硅和二氧化硅中形成再分布。硅的热氧化:硅与氧化剂在高温下经化学反应生成二氧化硅的过程-¾干氧氧化(Dryoxidation)¾湿氧(Wet)水汽氧化(Steamoxidation)Si(s)O(g)SiO(s)→Si(s)HO(g)SiO(s)H(g)→不同氧化气氛下制备的二氧化硅薄膜生长速率以及致密度等物化性能有所不同。

  SegregationCoefficient:表面逸散:氧化过程中杂质迅速通过二氧化硅层进行扩散并逃逸至气体环境。保持偏压器件冷却至室温。()aEkTSiODDe−=温度对线性速率常数的影响ggsssllHpHpkhBkAkhNN=≈eaEkTskk−=对于干氧和湿氧氧化激活能分别都约为eV接近SiSi键断裂所需要的eV能量说明支配线性速率常数BA的主要因素是化学反应常数。ACdε=EtchedSiRingSiSubstrateSideViewsTopViewsPolysiliconSiOSia)b)c)d)四、二维氧化生长动力学模型转角对于热氧化体积膨胀的限制:•氧化在凸角和凹角处比平坦处滞后•凹角比凸角影响更大非平面氧化受晶向、氧化剂D扩散及应力效应作用导致在转角等有形区域氧化速率下降。等您下载。当用垂直方向的白光照射表面被氧化的硅片时光会穿过氧化层并被下层的硅反射。EgeV)¾很高的击穿电场(Vcm)¾体电学性能稳定¾稳定、可重复制造的SiSiO界面二氧化硅的主要作用与衬底掺杂等有关采用二氧化硅薄膜作为栅极氧化层是利用其高电阻率(Ω⋅cm)和介电强度(Vcm)。虽然分凝系数大于但大量杂质通过二氧化硅表面逸散到气体中而损失硅中杂质只能不断进入二氧化硅中才能保持界面两边杂质浓度比等于分凝系数最终使硅表面附近的杂质浓度比硅体内还低。¾介电强度:与致密程度、均匀性、杂质含量等因素有关一般为~Vcm。密度大的SO薄膜具有较大折射率。本资料为微电子工艺学课件_6.pdf文档,硅在热氧化时所形成的界面随着氧化的进行不断向硅中推移原存在于硅中的杂质将在界面两边再分布直至达到在界面两边的化学势相同这种现象称为分凝现象平衡时的比例常数称为分凝系数。SiOsDkxC()gsSiOgissSiOssSiOHpkxDHpC=,¾介电常数:ε≈。C=khkxDkhkxD亨利定律:固体中某种物质的平衡浓度正比于该物质在固体周围气体中的分压即二氧化硅中氧化剂的平衡浓度C应与气体中氧化剂分压pg成正比→C=Hpg。P,()−ggsJ=hCCdCGCS:气体内及贴近SiO表面氧化剂浓度(numbercm)hg:气体质量输运系数(cms)CGCS:气体内及贴近SiO表面氧化剂浓度(numbercm)hg:气体质量输运系数(cms)b氧化剂穿过SiO层到达SiOSi界面流密度为J(假设:稳态过程氧化剂通过SiO没有损耗)()SiOiJ=DCCx−DSiO:氧化剂在SiO中的扩散系数(cms)C和CI分别表示SiO层中和SiOSi界面处氧化剂浓度x:SiO层厚度(cm)DSiO:氧化剂在SiO中的扩散系数(cms)C和CI分别表示SiO层中和SiOSi界面处氧化剂浓度x:SiO层厚度(cm)c氧化剂在Si表面与Si反应生成SiO流密度为JJ=ksCid反应副产物离开界面ks:化学反应常数(cms)ks:化学反应常数(cms)dJJJ在稳态条件下:J=J=J()gsSiOgissSiOssSiOHpkxDHpC=,以下为正文内容。μmhr高密度→栅氧化等Timehours轈轈轈轈轈°C°C°C°C°C()siliconTimehours轈轈轈轈轈°C°C°C°C°C()siliconºC!

  鸟嘴原来的掩模版SiNSiNⅡ缓冲氧化层SiNSiNⅡ场氧化层场氧化层热氧化过程半导体材料氧化:•热氧化•化学气相淀积•阴极溅射•真空蒸发•外延•电化学阳极氧化•……热氧化法制备的氧化层质量最好¾具有很高的重复性和化学稳定性其物理和化学性质不受潮湿度和中等热处理温度影响¾能够很好地控制界面陷阱和固定电荷。¾腐蚀:SO化学性质非常稳定基本不与除氢氟酸外的其它酸发生化学反应:不同方法制备的SO薄膜在HF中腐蚀速率不同。¾掺有高浓度杂质的硅其氧化速率明显增大。*若权利人发现爱问平台上用户上传内容侵犯了其作品的信息网络传播权等合法权益时,干涉法(interference)用近乎垂直的光线入射到薄膜上当入射光与反射光发生相长干涉时出现光强的最大值。、重复步骤但栅极加负偏压。金属线传导信号介质层则保证信号不受临近金属线影响。降温速率越快Qf值越低但硅片直径大于mm的硅片不宜降温太快。大部分磷因分凝而集中在SiSiO界面附近的硅中线性速率常数明显增大。

  这些四面体通过各种不同的桥键氧原子连接起来形成各种不同状态和结构的二氧化硅。如需使用密码登录,nmDG(τ=)DG(τ=hr)三、薄氧化层生长动力学模型DG模型的修正DG模型对于干氧氧化初始阶段的氧化速率估计偏低虽然它能比较精确地预计水汽氧化初始阶段生长速率。B和BA可以用Arrhenius表达式表达:氧化剂的扩散:界面反应速率:表中数值为Si()在总压强为atm下的速率常数对于()则C应除以表中数值为Si()在总压强为atm下的速率常数对于()则C应除以O°CHO冒泡O°CHO冒泡HO后端反应生成HOHO后端反应生成HOactivationenergiesSiOglB=DHpNgsslHpkhB=AkhNRepresentSiSibondbreakingRepresentdiffusionofOorsteamparabolicEEDG模型小结氧化速率为:==()dxRBxAdt在下列条件下氧化动力学的一般表达式:•平坦、无图形的平面硅的氧化•轻掺杂硅的氧化•单一O或HO的氧化•初始氧化硅的厚度大于nm()xAx=Btτ=()τxAxB=()xBtτ()Bx=tτA氧化剂分压结论:在一定氧化条件下通过改变氧化剂分压可达到改变二氧化硅生长速率的目的。max…minGoodforafewtensofnmwhiteormonochromaticlight预知折射率椭圆偏光法(ellipsometry)-更精确的方法单色光(通常为HeNe激光)经过起偏器变成偏振光再经波片变成椭圆偏振光照射样品再经过膜的反射、检偏后进入光电管。()热氧化过程包括几个连续的步骤:a氧化剂从气体内部以扩散形式穿过滞流层到达气体SiO界面流密度为J!

  欢迎各位教师下载使用。提高寄生场效应晶体管阈值电压多层互连的层间绝缘介质(ILD/IMD)隔离相邻金属层之间电连接的绝缘材料。φLightsourceFilterPolarizerQuarterwaveplateSubstrateFilmbeingmeasuredDetectorAnalyzer椭偏法是一种非常精确、非常灵活的测试方法⎯厚度测量:„测量结果给出周期性的厚度结果„需要知道薄膜的一些性质„多种波长测量厚度和折射率(refractiveindex):„可以决定不同材料的厚度及折射率多层薄膜:„可以用多波长和多角度来决定多层薄膜的厚度三、电学测量CCCNSiliconDoping=NDHolesa)b)c)COCOCOCOCOCOeeeCDxDVGVGVGVGVGVGVTHQGQIQDCDMinxDMax¾正电压加在金属电极上相当于积累区(accumulation)¾负电压引起衬底部分耗尽(depletion)¾进一步加负电压使得反型层(inversion)出现。SiOHFHSiFHO→nmµmµmnmMaskingOxidesGateOxidesTunnelingOxidesFieldOxidesPadOxidesChemicalOxidesfromCleaningNativeOxidesThermallyGrownOxidesOxideThicknessDepositedOxidesBackendInsulatorsBetweenMetalLayersMaskingOxidesSTI•SiOandtheSiSiOinterfacearetheprincipalreasonsforsilicon’sdominanceintheICindustry•NootherknownsemiconductorinsulatorcombinationhaspropertiesthatapproachtheSiSiOinterface¾可以方便地利用光刻和刻蚀实现图形转移¾可以作为多数杂质掺杂的掩蔽(B,每一例中杂质再分布取决于杂质通过氧化层的扩散速率。maxonxβλmβnjn==(),薄膜制备技术二、用于制备薄膜的材料种类繁多例如:硅和砷化镓等半导体材料金和铝等金属材料二氧化硅、磷硅玻璃、氮化硅、氧化铝等无机绝缘材料多晶硅和非晶硅等无机半绝缘材料钼、钨等难熔金属硅化物及重掺杂多晶硅等非金属低阻材料聚亚酰胺类有机绝缘树脂材料等等。而在SiO表面处氧化剂因扩散速度慢而产生堆积浓度趋向于气相平衡时的浓度Hpg。()xAx=Btτ=(==()SiOsSiOglADkh)BDHpNτdAdBJ=ksCigissSiOHpC=khkxD方程的解为:当氧化时间很短即时上式可简化为:(线性阶段BA为线性速率常数)当氧化时间很长即时上式可简化为:(抛物线阶段B为抛物线型速率常数)⎛⎞⎜⎟⎜⎟⎝⎠−Atτx=ABtτ,场氧化时二氧化硅会有软化现象可消除氮化硅与衬底之间的应力。正因为如此微电子工艺中的薄膜制备方法千差万别特点各异。温度对抛物线型速率常数的影响氧化温度结论:B与温度之间呈指数关系。HClOHOCl↔DryOClClisametalgetter→cleaneroxide与硅中金属杂质反应生成易挥发金属氯化物而被排出HCl、三氯乙烯TCE、三氯乙烷TCA、三氯甲烷、Cl、NHCl、CCl等氯对氧化速率的影响线性速率常数BA抛物线速率常数B氧化气压(水汽氧化)随氧气气压呈线性随氧化气压呈线性氧化气压(干氧化)随氧气气压呈亚线性随氧化气压呈线性水汽氧化和干氧化对比水汽氧化速率更大水汽氧化速率更大硅衬底取向BA():BA()=:和衬底取向无关硅中掺杂类型和浓度随掺杂浓度增加关系不大氧化气氛中掺氯增加增加BA及B和工艺参数的关系对于超薄热干氧化GD模型无法准确描述实验表明在nm之内的热氧化生长速度和厚度比GD模型大的多。应尽量避免被这类离子玷污。一般厚度为十到数百Å。SUPREMIV使用模型C≅×mmhrEA≅eVL≅nmC=Cexp(EAkT)在ULSI中薄栅氧化层(nm)应满足下列要求:¾低缺陷密度¾好的抗杂质扩散的势垒特性¾具有低界面态密度和固定电荷的高质量SiSiO界面¾热载流子应力和辐射条件下的稳定性¾低的热预算(thermalbudget)为解决这些问题的一个或几个近年来的栅介质研究已提出许多方法:预氧化清洁、慢速氧化、改进栅氧化层和叠层氧化硅!

  杂质再分布取决于几个因素:¾杂质的分凝¾杂质在SiO中的扩散速度¾杂质通过SiO表面逸散¾氧化速率的快慢杂质的分凝现象任何一种杂质在不同相中的溶解度是不同的。分段氧化:干氧-湿氧-干氧每段时间长短根据需要进行选择→既保证SiO表面和SiSiO界面质量又解决生长速率问题。kk气体中扩散固体中扩散SiO形成SiOSi衬底气流滞流层氧化剂流动方向(如O或HO)热氧化生长动力学氧化动力学模型:•FirstOrderPlanarGrowthKineticsModel-DealGrove(DG)•ThinOxideGrowthKineticsModel•DSiOGrowthKineticsModel适用于-氧化温度~°C-局部压强~个大气压-氧化层厚度为~nm的干氧和水汽氧化。只有热氧化法可以提供最低界面缺陷密度的高质量氧化层所以通常采用热氧化生成栅氧化层。系统采用微处理器调节气流顺序控制硅片自动装入和送出控制温度以一定速率从低温线性上升到氧化所需温度并在氧化完成后线性降温。第一章绪论第二章现代CMOS工艺技术第三章晶体生长与衬底制备第四章加工环境与基片清洗第五章光刻第六章热氧化第七章扩散掺杂第八章离子注入掺杂第九章薄膜淀积第十章刻蚀第十一章后段工艺与集成微电子工艺学在微电子器件中广泛使用着各种薄膜这些薄膜可以粗略地分为五大类:热氧化薄膜、电介质薄膜、外延薄膜、多晶硅薄膜以及金属薄膜。pA∝∝二、影响氧化速率的因素¾分压对氧化速率的影响¾温度对氧化速率的影响¾晶向对氧化速率的影响¾杂质对氧化速率的影响实验表明:对于水汽氧化氧化硅生长速率正比于pg而干氧氧化无法完全用线性关系描述。从硅中大量进入并停留从硅中大量进入并停留非桥氧键增加结构强度降低非桥氧键增加结构强度降低氧化剂易进入扩散能力增强氧化剂易进入扩散能力增强B明显增大BA变化不大B明显增大BA变化不大°C下干氧氧化速率常数与掺磷浓度的关系掺磷硅湿氧氧化层厚度与温度和浓度的关系bk的杂质(例如磷):分凝过程中只有少量从硅中进入二氧化硅层抛物型速率常数只表现出适度增加。As,通常采用热氧化生成厚度很薄。()fitsMoxMmtVQQQCγφΔ=−Fermi势受主杂质浓度栅氧化层厚度界面势阱电荷Qit位置:SiSiO界面来源:¾衬底硅指向氧化层的Si表面的悬挂键(Danglingbond≡Si·)¾可束缚载流子的界面电离杂质(荷电中心)电荷:能量处于禁带中可以和Si交换电荷电荷态依赖于偏压可能为正、负或者中性密度~cm影响因素:温度、气氛(湿or干氧)、晶向等!

  预定温度下栅电压维持~分钟确保可动离子到达SiSiO界面。叠层氧化硅:热氧化SiOCVDSiO或SiOSiN(ON或ONO)构成栅介质叠层。解:将A、B、τ代入方程得到氧化层厚度为:x=μm干氧氧化后再进行湿氧氧化则d=μm此时:最后理想厚度那么由第一行的方程得到需增加的氧化时间为:t=h=min。¾高介电常数介质(HighkDielectric)-同样栅电容下栅介质层厚度可成比例增大。μmhr疏松扩散阻挡能力较差→刻蚀掩膜和场氧化二氧化硅的厚度与反应时间、反应温度的关系在给定氧化条件下线性速率常数与晶体取向有关ggsssllHpHpkhBkAkhNN=≈晶向抛物线型速率常数与衬底晶向无关SiOglB=DHpNaEkTskke−=与单位晶面上能与氧化剂反应的有效键密度成正比与单位晶面上能与氧化剂反应的有效键密度成正比(BA)=(BA)SiN~nmSiOSTI()Si高温长时间氧化抛物线速率常数起主要作用晶向影响减弱。根据氧化剂的不同热氧化可分为:优点缺点干氧氧化:高温下干燥纯净的氧气与硅反应生成二氧化硅结构致密、干燥、均匀性和重复性好掩蔽能力强与光刻胶黏附力好也是一种理想的钝化膜生长速度慢水汽氧化:高温下高纯水产生的蒸汽与硅反应生成二氧化硅生长速度较快(水在二氧化硅中的扩散系数和溶解度比氧要大)致密度较低湿氧氧化:将氧气通入加热到°C的高纯水携带一定水蒸汽的氧气与硅反应生成二氧化硅生长速率和薄膜致密度介于干氧和水汽氧化之间取决于氧气流量和水汽的含量(水汽含量与水温及氧气流量有关)。钠、钾等碱金属离子:在二氧化硅中的扩散系数和迁移率都非常大即使在很低温度下也如此!来源:金属化(Metallization)及别的污染例如碱金属离子(Na,镓:扩散系数非常大二氧化硅对这类杂质起不到掩蔽作用。

  慢速氧化工艺:精确控制薄氧化层厚度并使其具有可重复性→¾常压低温(~°C)干氧氧化¾低压氧化¾惰性气体(如氮、氦、氩)注入减少部分氧分压氧化薄氧化层生长改进栅氧化层:引入可控杂质量改进界面特性→¾将常规氧化生长栅氧化层在NH或NO中退火形成氮氧化硅(SiOxNy)-具同样抗辐射损伤性能更强抗击穿性能。°C下湿氧氧化速率常数A=μmB=μmh。严重的表面逸散使二氧化硅中杂质浓度比较低但又要保证界面两边杂质浓度比小于使硅表面的杂质浓度几乎降到零假设硅中杂质分布均匀且氧化气氛中不含任何杂质则有四种可能的再分布过程并可分为两组:氧化层吸收杂质氧化层排斥杂质。oxFBmCVN=qΔ登录成功,再次测量CV曲线②。小学语文_数学_英语最新教学课件大汇总,热氧化基本装置温度一般保持在~±°C典型气体流速约为Lmin。物理淀积化学淀积溅射真空蒸发电阻式蒸发电子束蒸发偏压溅射激光蒸发反应溅射磁控溅射射频溅射LPAPPECVDMOCVD化学气相淀积薄膜淀积MOD化学液相淀积溶胶凝胶直流溅射外延低压外延选择外延分子束外延离子束溅射高频感应蒸发薄膜制备技术部分主要内容:¾热生长二氧化硅¾物理淀积(PVD)¾化学气相淀积(CVD)¾外延生长技术二氧化硅的结构和性质热氧化过程热氧化生长动力学二氧化硅的掩模特性SiSiO界面特性氧化质量分析第六章热生长二氧化硅二氧化硅的结构和性质结晶形和非结晶形(无定形)二氧化硅都是Si-O正四面体结构组成的。()xAx=BtττdAdB=()初始阶段氧化层厚度的快速增加过程初始氧化阶段的氧化机制目前仍不明确没有一个模型被普遍接受。VIP全免费,亨利定律:固体中某种物质的平衡浓度正比于该物质在固体周围气体中的分压即二氧化硅中氧化剂的平衡浓度C应与气体中氧化剂分压pg成正比→C=Hpg。降低离子注入的沟道效应器件隔离高密度器件如果不在电学上一一隔离各器件之间会通过衬底相互影响和干扰甚至无法正常工作。

  LFHz深耗尽:快速扫描时QI跟不上扫描速度变化因此xD必须增加来与栅上电荷平衡界面电荷对于MOS电容CV曲线的作用Qm,¾氧化滞后与转角的曲率半径r相关:r越小滞后越严重¾低温下氧化滞后更严重°C未见滞后。d钠:当氧化层中含有浓度为atomscm钠的硅在~°C氧化时实验数据显示线性和抛物型速率常数均增大一倍或更高。JApplPhys,tAB=()xBtτtτAB()Bx=tτA()SiOsSiOglA=DkhB=DHpNgsslHpkhB=AkhN通常情况下h≥×ks线性氧化阶段生长速率主要由表面化学反应常数ks决定抛物线氧化阶段生长速率主要由扩散决定BA:界面反应对生长的贡献B:氧化剂扩散对生长的贡献°C干氧:nm厚度需minnm则需min。开始位于栅(金属或多晶硅)SiO界面如在正偏或加温情况Qm将向SiSiO界面移动。由热氧化法生长的二氧化硅是无定形结构。电容电压(CV)法PowerfultechniqueforcharacterizingsemiconductorinsulatorstructuresMOSCapacitorChargeDensityGDDDQ=Q=NddGDDDTQ=Q=NQaccumulation⋅OXOXOXεAC=ddQC=dVdoxobtaineddepletion⋅SDDεAC=dInversionEquilibriumconditionsNdobtained小AC信号(HF:k~MHz)小信号电容串联电阻施主原子电荷密度衬底掺杂浓度Cox与CD串联可变维持电中性:反型层电荷密度Q=QfQotQmQit作用下CV曲线的畸变低频时QI完全平衡了栅上电荷因此Cinv=Cox高频时由于QI跟不上频率的变化所以Cinv为Cox和CD的串联。氧化层可移动电荷Qm减少Qm的具体方法:¾清洗石英管OHCl气体°Ch¾采用掺氯氧化源有HClO、TCE、TCA等¾用磷硅玻璃PSG(phosphosilicateglass)、SiN作为最后钝化层Notanissueanymore!测得CV曲线③。K)玷污(以网络变性体形式存在)。()SiOsSiOglA=DkhB=DHpNiiBBPAABBP=()=()水汽氧化:干氧氧化:iniBBPAABBP=()=()n≅~上标i表示atm下的相应值结论:线性速率常数与温度呈指数关系。物理机理•晶向:在薄氧化层区域对氧化速率的作用•D氧化扩散–D扩散方程及仿真技术•体积膨胀带来的应力:非平坦表面的应力更大η(stress)=η(T)σSVCkTsinhσSVCkT()TheflowpropertiesoftheSiOneedtobedescribedbyastressdependentviscosityWhereistheshearstressintheoxideandVCisafittingparameterσS选择性扩散的掩蔽:某些杂质(例如B、P)在二氧化硅中的扩散速度远小于在硅中的扩散速度。