多晶硅薄膜及其在集成电路中的应用PDF电子书下载

目录 1

绪论 1

第一章　多晶硅薄膜的淀积 5

1.1　多晶硅薄膜的淀积方法和设备 5

1.2　多晶硅薄膜淀积的动力学 8

1.2.1 化学汽相淀积动力学的一般考虑 8

1.2.2　常压化学汽相淀积多晶硅薄膜的动力学 17

1.2.3 低压化学汽相淀积多晶硅薄膜的动力学 21

1.3.1　成核理论 27

1.3　多晶硅薄膜的结构与形貌 27

1.3.2　多晶硅薄膜淀积的成核 31

1.3.3　淀积条件对多晶硅薄膜形貌的影响 36

1.3.4　多晶硅薄膜的优选晶向 39

1.3.5　多晶硅薄膜的稳定性 42

1.4　掺杂对多晶硅薄膜淀积的影响 45

1.4.1　掺杂对多晶硅薄膜淀积率的影响 46

1.4.2　掺杂对多晶硅薄膜淀积率影响的解释 48

1.5　晶粒再结晶生长机构及掺杂的影响 51

1.5.1　晶粒再结晶生长机构 51

1.5.2　掺杂对晶粒生长的影响 56

1.6.1　掺氧半绝缘多晶硅薄膜的淀积 61

1.6　掺氧半绝缘多晶硅薄膜 61

1.6.2　掺氧半绝缘多晶硅薄膜的结构 64

1.6.3　掺氧半绝缘多晶硅薄膜的物理化学性质与氧含量的关系 66

参考文献 69

第二章　多晶硅薄膜的电学性质 71

2.1　多晶硅薄膜电学性质的基本特征 71

2.2　晶粒间界陷阱模型 75

2.2.1　晶粒间界陷阱模型的基本假设 75

2.2.2　肖特基热发射电流 77

2.2.3　电导率 79

2.2.4　载流子浓度 96

2.2.5　迁移率 99

2.3　晶粒间界的杂质分凝 106

2.3.1　杂质在晶粒间界的分凝现象 106

2.3.2　早期的晶粒间界杂质分凝模型 109

2.3.3　晶粒间界杂质分凝的计算 112

2.4　高掺杂时的修正 119

2.4.1　迁移率对退火温度的依赖 121

2.4.2　多晶硅薄膜电导模型的修正 122

2.4.3　高掺杂多晶硅薄膜电阻率和伏-安特性的计算 126

2.4.4　高掺杂多晶硅薄膜电阻率的理论计算与实验的比 131

较 131

2.4.5 高掺杂多晶硅薄膜载流子迁移率的理论计算及其与实验的比较 136

2.5　甚高掺杂时的修正——固体溶解度和激活率的影响 139

2.6　多晶硅薄膜的激光退火及其对多晶硅薄膜电学性能的影响 146

2.6.1　扫描连续波激光器退火和它对多晶硅薄膜结构和电学性能的影响 146

2.6.2　脉冲激光退火和它对多晶硅薄膜晶粒结构的影响 151

2.6.3　激光退火后电阻率的热稳定性 152

2.7　附录：多晶硅薄膜的霍尔迁移率 156

2.7.1　简化模型 156

2.7.2　实测电阻率ρ的等效电路计算 158

2.7.3　实测霍尔系数的等效电路计算 159

2.7.4　多晶硅薄膜的电阻率 161

2.7.5　多晶硅薄膜的迁移率 162

参考文献 163

第三章　杂质在多晶硅薄膜中的扩散和多晶硅薄膜的离子注 166

入掺杂 166

3.1　杂质在多晶硅薄膜中的扩散模式 166

3.1.1　杂质在多晶硅薄膜中的三种扩散模式 166

3.1.2　各类模式下杂质扩散的浓度分布 169

3.2　增强扩散的实验观察 175

3.2.1　杂质沿晶粒间界的纵向扩散 175

3.2.2　杂质沿晶粒间界的横向扩散 180

3.3　多晶硅薄膜中的杂质扩散系数的实验测定 183

3.3.1　砷在多晶硅薄膜中的扩散系数 183

3.3.2　磷在多晶硅薄膜中的扩散系数 191

3.3.3　硼在多晶硅薄膜中的扩散系数 193

3.4　多晶硅薄膜的离子注入及其退火特性 198

3.4.1　多晶硅薄膜中离子注入的射程分布 198

3.4.2　离子注入多晶硅薄膜的退火特性 202

3.5　附录 206

3.5.1 B类扩散模式杂质分布的数学分析表达式 206

3.5.2 A类扩散模式杂质分布的数学分析表达式 211

参考文献 213

第四章 多晶硅薄膜的热氧化 215

4.1.1　多晶硅薄膜氧化的规律和特征阶段 216

4.1　多晶硅薄膜氧化的基本特征 216

4.1.2　晶粒间界和加速氧化 221

4.2　多晶硅薄膜氧化的应力模型 224

4.2.1 晶粒间界增强氧化产生的压应力对氧化线性率常数B/A的影响 224

4.2.2 多晶硅薄膜的优选晶向和氧化速率 228

4.2.3　二氧化硅的粘滞流效应和多晶硅薄膜氧化特征阶…段的消失 229

4.3　掺杂增强氧化 235

4.3.1 掺杂增强氧化的实验现象 237

4.3.2　重磷掺杂多晶硅薄膜氧化的特征阶段 244

4.3.3　掺杂增强氧化的物理原因 246

4.3.4　晶粒间界对掺杂增强氧化的影响 251

4.4.1　掺磷多晶硅薄膜氧化时的杂质分凝 257

4.3.5　多晶硅薄膜厚度对掺杂增强氧化的影响 257

4.4　多晶硅薄膜氧化中的杂质再分布 257

4.4.2　掺砷多晶硅薄膜氧化时的杂质再分布 259

4.5　氧化增强扩散 262

4.6　多晶硅氧化层的高电导率和多晶硅／氧化层界面对电导率的影响 269

4.6.1　多晶硅二氧化硅的高电导率现象 269

4.6.2　多晶硅二氧化硅的高电导现象与多晶硅／二氧化硅界面的粗糙性 272

4.7　多晶硅薄膜激光退火对多晶硅二氧化硅层漏电流的影响 276

4.8　附录 279

参考文献 284

5.1.1　反射率和透射率的理论计算 287

5.1　多晶硅薄膜的折射率和吸收系数 287

第五章　多晶硅薄膜的光学性质 287

5.1.2　多晶硅薄膜折射率的计算 290

5.1.3　多晶硅薄膜折射率和吸收系数的实验测定 293

5.2　多晶硅薄膜的光电导 298

5.2.1　光照对晶粒间界势垒的影响 298

5.2.2　晶粒间界处复合电流的计算 301

5.2.3　多晶硅薄膜的光电导 303

5.3　晶粒间界陷阱对少数载流子寿命的影响 309

5.3.1　过剩载流子的复合速度 310

5.3.2　少数载流子的寿命 312

参考文献 314

第六章 多晶硅栅和多晶硅薄膜在MOS大规模集成电路中 316

的应用 316

6.1　多晶硅栅 316

6.1.1　多晶硅栅的自对准 316

6.1.2　多晶硅栅对MOS晶体管开启电压的影响 324

6.1.3　多晶硅栅与MOS器件的稳定性 330

6.1.4　多晶硅栅自对准技术与功耗和集成度 331

6.2　硅栅等平面N阱CMOS电路工艺示例 331

6.3　多晶硅薄膜在MOS集成电路中的典型应用 339

6.3.1 多晶硅薄膜在MOS动态随机存储器中的应用 339

6.3.2　多晶硅薄膜在非挥发性存储器中的应用 349

6.3.3 多晶硅薄膜在电荷耦合器件中的应用 353

6.3.4　高阻多晶硅薄膜在静态MOS随机存储器中的应用 354

6.4　用多晶硅薄膜做栅和互连材料的局限性以及硅化物的应用 357

6.4.1　多晶硅栅和互连的局限性 357

6.4.2　难熔金属硅化物 359

6.4.3　多晶硅硅化物复合栅结构 364

6.5　多晶硅／硅化物复合栅和互连工艺 365

6.5.1　硅化物的淀积 365

6.5.2　硅化物的形成和电学性质 371

6.5.3　多晶硅／硅化物复合栅中厚度关系的考虑 374

6.5.4　硅化物的刻蚀 375

6.5.5　硅化物的氧化 383

6.6　自对准多晶硅／硅化物复合栅工艺 396

6.6.1 自对准多晶硅／硅化物复合栅工艺特点 396

6.6.2　自对准多晶硅／硅化物复合栅工艺应注意的问题 399

参考文献 400

第七章　多晶硅发射极和多晶硅薄膜在双极集成电路中的应 404

用 404

7.1　多晶硅发射极自对准和多晶硅发射结晶体管 404

7.1.1　多晶硅发射极自对准工艺和多晶硅发射极晶体管 404

7.1.2　多晶硅发射结晶体管 411

7.2.1　两种理论模型 414

7.2　多晶硅发射极理论 414

7.2.2　多晶硅发射极晶体管电流放大系数的理论计算 417

7.3　多晶硅发射极和多晶硅工艺在双极集成电路中的几种典型应用 433

7.3.1　多晶硅自对准工艺 434

7.3.2　发射极-基极和基极-集电极自对准的集成电路 436

7.3.3　采用基极-集电极自对准工艺的亚毫微秒电路 438

7.3.4　多晶硅超自对准工艺高速集成电路 440

7.3.5 多晶硅绝缘隔离和同步外延 441

7.4　半绝缘多晶硅-硅异质结晶体管 444

7.4.1　半绝缘多晶硅-硅异质结晶体管的结构 445

7.4.2　NPN半绝缘多晶硅-硅异质结晶体管的工艺和特性 447

7.5　半绝缘多晶硅薄膜钝化 450

7.5.1　半绝缘多晶硅薄膜的钝化作用 452

7.5.2　半绝缘多晶硅钝化膜的应用 453

参考文献 455

第八章 多晶硅的再结晶和三维集成电路 459

8.1　引言 459

8.2　绝缘衬底上多晶硅薄膜的再结晶 462

8.2.1　连续氩离子激光的加工条件 462

8.2.2　电子束（连续波）加工条件 471

8.2.3　再结晶膜晶粒结构与激光束形状（温度梯度）的关系 475

8.2.4　有籽晶区的“横向外延”再结晶技术 478

8.2.5　表面覆盖层和选择退火技术 480

8.2.6　其它多晶硅再结晶加工技术 487

8.3　晶粒间界对MOS场效应晶体管性能的影响 490

8.3.1 垂直于沟道电流方向的晶粒间界对MOS场效应晶体管性能的影响 491

8.3.2　平行于沟道电流方向的晶粒间界对MOS场效应晶体管性能的影响 497

8.4　绝缘层上的硅薄膜的典型应用 498

8.4.1　无闩锁效应的CMOS/SOI电路 498

8.4.2　MOS/SO1技术在MOS随机存储器中的应用 506

8.4.3　三维立体集成CMOS电路 508

8.4.4　薄膜晶体管和它在平板显示电路中的应用 517

参考文献 520