電學(xué)半導(dǎo)體制程及原理-文庫吧
2025-06-01 15:39 本頁面
【正文】 ，本身表面涂有2μm厚的AI2O3，與甘油混合溶液保護之，晶圓的表面及角落的污損區(qū)域則藉化學(xué)蝕刻去除。為制成不同的元件及集成電路，在芯片長上不同的薄層，這些薄層可分為四類:熱氧化物，介質(zhì)層，硅晶聚合物及金屬層。熱氧化物中重要的薄層有閘極氧化層(gate oxide。與場氧化層(field oxide)，此二層均由熱氧化程序制造。以下二化學(xué)反應(yīng)式描述硅在氧或水蒸氣中的熱氧化：Si(固體) + O2(氣體) →SiO2(固體)Si(固體) + 2H2O(氣體) →SiO2(固體) + 2H2(氣體)現(xiàn)代集成電路程序中，以氯介入氧化劑來改善氧化層的質(zhì)量及SiSiO2，接合面的性質(zhì)。氯包含在氯氣、氯化氫HCl或二氯乙烷中，其將SiSiO2，接合面的雜質(zhì)反應(yīng)成揮發(fā)性氯化物，多余的氯會增加介質(zhì)的崩潰強度，減低接合面缺陷密度。介電質(zhì)附著層主要用來隔離及保護不同種類元件及集成電路。三種常用的附著方法是:大氣壓下化學(xué)蒸氣附著(CVD)，低壓化學(xué)蒸氣附著(LPCVD)及電漿化學(xué)蒸氣附著(PCVD，或電漿附著)?；瘜W(xué)蒸氣附著生成約二氧化硅并不取代熱生長的氧化層，因為后者具有較佳的電子性質(zhì)。二氧化硅層可使用不同的附著方法，其中低溫附著(300~500℃)之氧化層由硅烷、雜質(zhì)及氧氣形成。植入磷之二氧化硅的化學(xué)反應(yīng)為SiH4+O2→SiO2+2H24PH3+5O2→2P2O5+6H2于中等溫度(500~800℃)的附著，二氧化硅由四乙經(jīng)基硅，Si(OC2H5)4，在LPCVD反應(yīng)器中分解形成。其分解反應(yīng)為：Si(OC2H5)4→SiO2+副產(chǎn)物高溫附著(900℃)，二氧化硅由二氯硅烷(SiCl2H2)與笑氣(N2O)在低壓下形成：SiCl2H2+2N2O→SiO+2N2+2HCI氮化硅層可用作保護元件，方可作為硅氧化作用時的遮蔽層，覆蓋不欲氧化的硅晶部分，氮化硅的附著是在中等溫度(750℃)LPCVD程序或低溫(300℃)電漿CVD程序中形成。LPCVD程序中，二氯硅烷與氨在減壓下，700~800℃間，反應(yīng)生成氮化硅附著，反應(yīng)式為：SiCl2H2+4NH3→Si3N4+6HCl+6H2電漿PCVD程序中，氮化硅由硅烷與氨在氫電槳中反應(yīng)或是硅烷在放電氮氣中生成，反應(yīng)式如下：SiH4+NH3→SiNH+3H22SiH4+H2→2SiNH十3H2硅晶聚合物，或稱聚合硅，在Metal Oxide Semiconductor(MOS)元件中用作閘極接線材料。多層金屬處理中當(dāng)作導(dǎo)電材料。低能階接面元件中為接觸材料。方可作為擴散來源，生成低能階接面及硅晶體的歐姆接觸。其他用途包括電容及高電阻的制作。低壓反應(yīng)器在600~650℃間操作，將硅烷熱解生成硅聚合體，反應(yīng)式如下：SiH4→Si+2H2金屬層如鋁及硅化物用來形成低電阻連接N+、P+及硅聚合物層的金屬接觸，及整流作用的金屬一半導(dǎo)體能障。金屬處理包含內(nèi)部聯(lián)線、歐姆接觸及整流金屬二半導(dǎo)體接觸等金屬層的形成。金屬層可用不同方法鍍上，最重要的方法為物理蒸氣附著及化學(xué)蒸氣附著，鋁與其合金以及硅化金屬為兩種最重要的金屬。在金屬處理中，化學(xué)蒸氣附著(CVD)提供相當(dāng)優(yōu)良的同型階梯涵蓋層，且一次可制成大量晶圓。最新的集成電路cVD金屬附著是應(yīng)用于難熔金屬的附著。以鎢為例其熱解及還原的化學(xué)反應(yīng)式：WF6→W+3F2WF6+3H2→W+6HF其他金屬如鉬(MO)，鉭(Ta)，及鈦(Ti)都可應(yīng)用于集成電路。這些金屬的附著皆是在LPCVD反應(yīng)器中進行下列氫還原反應(yīng):2MCl5+5H2→2M+10HClM代表金屬Mo,Ta,Ti。鋁附著亦可使用有機金屬，如三異丁烷鋁:2{(CH3)2CHCH2}3Al→2Al+3H2+副產(chǎn)物集成電路金屬處理量最大的是鋁及其合金，因為兩者具備低電阻系數(shù)(，)，符合低電阻的要求。硅化物如TiSi2及TaSi2，其低電阻系數(shù)(≦50μΩcm)，且在整個集成電路程序中不失原有性質(zhì)，表列出不同硅化物的電阻系數(shù)。 硅化物電阻系數(shù)(300176。K)硅化物來源燒結(jié)溫度(。c)電阻系數(shù)(μΩcm)CoSil2硅聚合體金屬附著共濺射合金900900182025HfSi2硅聚合體金屬附著90045~50MoSi2共濺射合金I000100NiSi2硅聚合體金屬附著共淺射合金9009005050~60Pd2Si硅聚合體金屬附著40030~50PtSi硅聚合體金屬附著600~80028~35TaSi2硅聚合體金屬附著共濺射合金1000100035~4550~55TiSi2硅聚合體金屏附著共濺射合金90090013~1625Wsi2共濺射合金I00070ZrSi2硅聚合體金屬附著90035~40擴散與離子植入擴散及離子植入是用來控制半導(dǎo)體中雜質(zhì)量的關(guān)鍵程序。擴散方法是使用植入雜質(zhì)或雜質(zhì)的氧化物作氣相附著，將雜質(zhì)原子植入半導(dǎo)體晶圓的表面附近區(qū)域。雜質(zhì)濃度由表面成單調(diào)遞減，雜質(zhì)的分布固形取決于溫度及擴散時間。離子植入程序中，雜質(zhì)是以高能呈離子束植入半導(dǎo)體中。植入雜質(zhì)的濃度在半導(dǎo)體內(nèi)存在一高峰，雜質(zhì)的分
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