半导体制造技术..doc

分别简述 RVD 和 GILD 的原理，它们的优缺点及应用方向。 （1）RVD（快速气相掺杂） 原理：利用快速热处理过程(RTP)将处在掺杂剂气氛中的硅片快速均匀地加热至所需要的温度，同时掺杂剂发生反应产生杂质原子，杂质原子直接从气态转变为被硅表面吸附的固态，然后进行固相扩散，完成掺杂目的。 优缺点：不受注入所带来的一些效应的影响，如：沟道效应、晶格损伤或使硅片带电等。然而，需要在较高的温度下完成。杂质分布是非理想的指数形式，类似固态扩散，其峰值处于表面处。 应用方向：DRAM中电容的掺杂，深沟侧墙的掺杂，以及CMOS浅源漏结的制造等。 （2）GILD （气体浸没激光掺杂） 原理：用准分子激光器照射使硅表面变为液体层，同时气态掺杂源由于热解或光解作用产生杂质原子通过液相扩散进入该液体层，快速并均匀扩散至整个融化层中，激光照射停止后，液体层结晶，杂质进入激活的晶格位置，形成均匀掺杂的表面薄层。 优缺点：只有表面受到照射且时间很短，表面杂质分布均匀陡峭，硅体内杂质处于低温，杂质分布不受影响，缺点是效率太低。 应用方向：突变型分布及超浅结的掺杂。 集成电路制造中有哪几种常见的扩散工艺？各有什么优缺点？ 按照原始杂质源在室温下的相态，可分为固态源、液态源和气态源扩散。 固态源扩散典型的有开管扩散，箱法扩散和涂源法扩散。其中开管扩散具有良好的重复性和稳定性；箱法扩散具有良好的均匀性；涂源法扩散工艺简单，但表面浓度难以控制，只适用于杂质浓度控制要求不高的器件制造。液态源扩散相对固态源来说，系统简单，操作方便，成本低，效率高，重复性和均匀性都很好，但对源瓶的密封性有较高的要求。气态源扩散系统则更为简洁，但其气态杂质源多为氢化物或卤化物，毒性很大，易燃易爆，具有一定的危险性。 3. 杂质原子的扩散方式有哪几种？它们各自发生的条件是什么？从原子扩散的角度举例说 明氧化增强扩散和氧化阻滞扩散的机理。 杂质原子的扩散方式主要有替位式扩散和填隙式扩散两大类。 其中替位式扩散分为交换式和空位式。交换式是由于两相邻原子由于有足够高的能量，互相交换位置。空位式是由于有晶格空位，相邻原子能移动过来。间隙式分为挤出机制和Frank-Tumbull机制，挤出机制中，杂质原子踢出或挤出晶格位置上的硅原子，进入晶格位置，Frank-Tumbull机制中，杂质原子以间隙的方式进行扩散运动，遇到空位可被俘获，称为替位杂质。 氧化增强扩散机理：（小原子，可以在间隙中移动）硅氧化时，在Si-SiO2界面附近产生了大量的填隙Si原子，这些过剩的填隙Si原子在向硅内扩散的同时，不断与空位复合，使这些过剩的填隙Si原子的浓度随深度而降低。在表面附近，过剩的填隙Si原子可以和替位B相互作用，从而使原来处于替位的B变为填隙B。当填隙B的近邻晶格没有空位时，填隙B就以填隙方式运动；如果填隙B的近邻晶格出现空位时，填隙B又可以进入空位变为替位B。这样，杂质B就以替位-填隙交替的方式运动，其扩散速度比单纯的替位式扩散要快。 氧化阻滞扩散机理：用锑代替硼的扩散实验表明，氧化区正下方锑的扩散结深小于氮化 硅保护区下方的扩散结深，说明在氧化过程中锑的扩散被阻滞。这是因为控制锑扩散的主要机制是空位。在氧化过程中，所产生的过剩间隙硅原子在向硅内扩散的同时，不断地与空位复合，使空位浓度减小，从而降低了锑的扩散速度。 写出菲克第一定律和第二定律的表达式，并解释其含义。 菲克第一定律： 其中：C为杂质浓度；D为扩散系数(单位为cm2/s)； J为材料净流量（单位时间内流过单位面积的原子个数） 如果在一个有限的基体中杂质浓度C(x, t)存在梯度分布，则杂质将 会产生扩散运动，杂质的扩散流密度 J 正比于杂质浓度梯度 ，比例系数D定义为杂质在基体中的扩散系数。 菲克第二定律： 菲克第二定律是在第一定律的基础上推导出来的。菲克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值。 以 P2O5为例，多晶硅中杂质扩散的方式及分布情况。 多晶硅中杂质主要有三种扩散模式： ①晶粒尺寸较小或晶粒内的扩散较快，以至从两边晶粒间界向晶粒内的扩散相互重叠，形成如图A类分布。 ②晶粒较大或晶粒内的扩散较慢，所以离晶粒间界较远处杂质原子很少，形成如图B类分布。 ③与晶粒间界扩散相比，晶粒内的扩散可以忽略不计，因此形成如图C类分布。 6. 分别写出恒定表面源扩散和有限表面源扩散的边界条件、初始条件、扩散杂质的分布函 数，简述这两种扩散的特点。 恒定表面源扩散： 边界条件： 扩散开