超大规模集成电路工艺原理 硅和砷化镓PDF电子书下载

目录 1

第一章 材料性质 1

1.1 晶体结构 1

1.2 晶轴和晶面 4

1.3 取向效应 6

1.3.1 硅 6

1.3.2 砷化镓 8

1.4 晶体缺陷 9

1.4.1 点缺陷 9

1.4.1.1 热涨落效应 12

1.4.1.2 蒸气压效应 13

1.4.1.3 硅中的杂质 15

1.4.1.4 砷化镓中的杂质 18

1.4.2 位错 22

1.4.2.1 螺旋位错 23

1.4.2.2 棱位错 24

1.4.2.3 位错运动 25

1.4.2.4 位错的增殖 26

1.4.2.5 孪晶 26

1.5.1 点缺陷 27

1.5 缺陷的电学性质 27

1.5.2 位错 28

参考文献 30

习题 31

第二章 相图和固溶度 32

2.1 一元相图 32

2.2 二元相图 33

2.2.1 杠杆规则 33

2.2.2 相律 33

2.2.3 同晶相图 34

2.2.4 共晶相图 36

2.2.5 同组成变化 38

2.2.6 包晶反应及其它反应 40

2.2.7 氧化物体系的相图 44

2.3 固溶度 46

2.4 三元相图 47

2.4.1 等温截面图 49

2.4.2 同组成熔融化合物 49

2.4.3 自由度 50

2.4.4 一些感兴趣的三元体系 50

参考文献 54

3.1 原材料 55

第三章 晶体生长和掺杂 55

3.2 熔体生长方法 57

3.2.1 布里奇曼方法 57

3.2.2 切克劳斯基方法 57

3.2.2.1 液封技术 58

3.2.2.2 直接化合 59

3.2.2.3 完整晶体的生长条件 59

3.3 熔体掺杂 60

3.3.1 快速搅拌条件 61

3.3.2 部分搅拌条件 63

3.3.3 组元过冷 64

3.4 熔体生长晶体的性质 65

3.5 溶液生长 66

3.6 区域熔炼法 67

3.6.1 区熔提纯 67

3.6.2 区熔均匀掺杂法 68

3.6.3 区熔提纯晶体的中子掺杂 69

3.7 区熔材料的性质 70

参考文献 71

习题 72

4.1 扩散的本质 73

第四章 扩散 73

4.1.1 填隙式移动 74

4.1.2 替代式移动 75

4.1.3 填隙-替代式移动 75

4.2 浓度梯度引起的扩散 76

4.2.1 扩散系数 77

4.2.2 场辅助迁移 78

4.2.3 与带电缺陷的交互作用 79

4.2.4 离解过程 81

4.3 硅中杂质的性质 82

4.3.1 替代式扩散杂质 83

4.3.2 填隙-替代式扩散杂质 87

4.4 砷化镓中杂质的性质 90

4.5 扩散方程 92

4.5.1 D＝常数的情形 92

4.5.1.1 恒定源扩散 92

4.5.1.2 有限源扩散 94

4.5.1.3 两步法扩散 95

4.5.1.4 逐次扩散 97

4.5.2 D＝f（N）的情形 97

4.5.2.1 填隙-替代式扩散杂质 98

4.5.2.2 替代式扩散杂质 99

4.5.3 侧向扩散效应 101

4.6 扩散系统 102

4.6.1 掺杂源的选择 104

4.6.2 玷污控制 106

4.7 硅的扩散系统 107

4.7.1 硼 107

4.7.2 磷 109

4.7.3 砷 110

4.7.4 锑 111

4.7.5 金和铂 111

4.8 硅扩散的一些具体问题 111

4.8.1 氧化物生长过程中的再分布 112

4.8.4 硅中的磷 114

4.8.2 硅中的硼 114

4.8.3 硅中的砷 114

4.8.5 发射极—推挤效应 116

4.8.6 金和铂的择优掺杂 118

4.9 砷化镓的扩散系统 118

4.9.1 三元系观点 119

4.9.2 封管扩散 120

4.9.3 开管扩散 124

4.9.4 掩蔽扩散 125

4.10.1 结深 126

4.10 扩散层的检验技术 126

4.10.2 薄层电阻 127

4.10.3 表面浓度 128

4.10.4 硅中的扩散层 128

4.10.4.1 高浓度扩散层 132

4.10.5 砷化镓中的扩散层 133

参考文献 136

习题 139

第五章 外延 140

5.1.1 反应物输运 141

5.1 气相外延（VPE） 141

5.1.2 衬底上的反应物气流 142

5.1.3 衬底上的反应 144

5.1.4 成核与生长 144

5.1.5 稳态生长 146

5.1.6 外延系统设计 148

5.2 硅气相外延工艺 150

5.2.1 外延生长的化学原理 150

5.2.2 外延系统和工艺 151

5.2.3 生长前的原位腐蚀 152

5.2.4 生长时的杂质再分布 152

5.2.4.1 侧向自掺杂 156

5.2.5 选择外延 157

5.2.5.1 图形漂移 158

5.2.6 生长缺陷 158

5.3 砷化镓气相外延工艺 160

5.3.1 概述 160

5.3.2 生长对策 162

5.3.3 Ga-AsCl3-H2工艺 162

5.3.4 Ga-AsH3-HCl-H2工艺 164

5.3.5 （CH3）3Ga-AsH3-H2工艺［40］ 164

5.3.6 掺杂 166

5.3.7 取向效应 167

5.3.7.1 选择外延 169

5.3.8 生长缺陷 170

5.4 液相外延（LPE） 170

5.4.1 溶剂的选择 171

5.4.2 成核 172

5.4.3 生长 173

5.4.3.1 组元过冷 176

5.4.4 原位腐蚀 176

5.4.5 掺杂 177

5.5.1 流体力学 178

5.5 液相外延系统 178

5.5.2 垂直系统 179

5.5.3 水平系统 179

5.5.4 生长缺陷 181

5.6 异质外延 181

5.6.1 蓝宝石上生长硅 181

5.6.2 在砷化镓上生长铝镓砷 182

5.6.2.1 气相外延生长 183

5.6.2.2 液相外延生长 183

5.7 外延层的检验 183

5.7.1 薄层电阻 184

5.7.2 迁移率和载流子浓度 185

5.7.3 杂质截面 187

参考文献 188

习题 191

第六章 离子注入 192

6.1 穿透深度 193

6.1.1 核阻止 196

6.1.2 电子阻止 199

6.1.3 射程 200

6.1.4 侧向效应 204

6.2 注入损伤 207

6.3 退火 209

6.3.1 硅的退火特性 210

6.3.2 砷化镓的退火特性 212

6.4 离子注入系统 216

6.4.1 离子源 218

6.4.2 加速器 219

6.4.3 质量分析器 219

6.4.4 离子束扫描 220

6.4.5 束流测量 221

6.5.2 多次注入 222

6.5.1 退火时的扩散效应 222

6.5 注入工艺 222

6.5.3 掩蔽 224

6.5.4 注入层接触 226

6.5.5 通过氧化膜注入 227

6.5.5.1 结 227

6.5.5.2 电阻器 228

6.6 离子注入在硅中的应用 229

6.6.1 双极型器件 229

6.6.2 MOS器件 230

6.7 离子注入在砷化镓中的应用 232

6.7.1 场效应晶体管器件 233

6.7.2 集成电路 234

参考文献 235

习题 237

第七章 本征氧化膜 238

7.1 硅的热氧化 238

7.1.1 本征氧化硅玻璃 238

7.1.2 掺杂氧化硅玻璃 239

7.1.2.1 替代式杂质 239

7.1.2.2 填隙式杂质 240

7.1.2.3 水汽 240

7.1.3 氧化物的生成 241

7.1.4 氧化物生长动力学 242

7.1.4.1 早期生长阶段 243

7.1.4.2 掺杂效应 245

7.1.4.3 取向效应 245

7.1.5 氧化系统 246

7.1.6 卤化物氧化系统 249

7.1.7 氧化诱发的层错 250

7.1.8 硅热氧化膜的性质 250

7.1.8.1 掩蔽性质 250

7.1.8.2 电荷态 252

7.1.8.3 热电子效应 254

7.2 砷化镓的热氧化 255

7.3 阳极氧化 256

7.3.1 氧化物生长 258

7.3.2 阳极氧化系统 259

7.3.3 阳极氧化膜的性质 260

7.4 等离子体的阳极化 261

7.5 氧化膜的检验 262

参考文献 264

习题 266

8.1 保护膜及掩膜 267

第八章 淀积膜 267

8.1.1 二氧化硅 268

8.1.2 磷硅玻璃 269

8.1.3 氮化硅 271

8.1.3.1 氮氧化硅 272

8.1.4 非晶硅膜 272

8.1.5 自对准掩膜 273

8.1.5.1 多晶硅 274

8.1.5.2 硅化物 276

8.1.5.3 难熔金属 277

8.2 掺杂用薄膜 278

8.2.1 硅的掺杂源 279

8.2.2 砷化镓的掺杂源 280

8.3 互连用膜 281

8.3.1 单层金属互连 283

8.3.2 电迁移效应 284

8.3.3 多层金属互连 285

8.4 欧姆接触用膜 286

8.4.1 单层接触 287

8.4.2 Kirkendall效应 288

8.4.3 多层接触 290

8.4.4 管芯键合 292

8.5 肖特基二极管用膜 293

参考文献 298

第九章 腐蚀与清洗 302

9.1 湿法化学腐蚀 303

9.1.1 晶体材料 303

9.1.2 硅的腐蚀 304

9.1.3 砷化镓的腐蚀 306

9.1.4 各向异性腐蚀 308

9.1.4.1 硅 310

9.1.4.2 砷化镓 310

9.1.5 结晶学腐蚀 310

9.1.6 非晶薄膜 311

9.1.6.1 二氧化硅膜 312

9.1.6.2 磷硅玻璃（PSG） 312

9.1.6.3 混合氧化物 313

9.1.6.4 氮化硅 313

9.1.6.5 多晶硅和半绝缘多晶硅 314

9.1.6.6 硅化物 315

9.1.6.7 金属 315

9.2 等离子腐蚀 315

9.2.1 去胶 317

9.2.2 负载效应 318

9.2.3 图形刻蚀 319

9.3 等离子辅助腐蚀 322

9.3.1 溅射腐蚀 323

9.3.2 离子磨铣 325

9.4 清洗 326

9.4.1 肖特基二极管及肖特基栅 328

参考文献 334

习题 338

第十章 光刻工艺 339

10.1 图形发生及制版 339

10.1.1 光学制版 340

10.1.2 电子束技术〔2，3〕 342

10.2 光刻及腐蚀 343

10.2.1 光学光刻技术 344

10.2.1.1 剥离技术 347

10.2.2 电子束光刻 348

10.2.3 离子束光刻 350

10.2.4 光电子光刻 350

10.2.5 X射线光刻［21］ 351

10.2.6 光刻胶 352

10.3 缺陷 354

10.3.2 光刻及腐蚀缺陷 355

10.3.1 掩模版缺陷 355

参考文献 357

第十一章 器件和电路的制造工艺 359

11.1 隔离 359

11.1.1 台面隔离 360

11.1.2 氧化隔离 360

11.1.3 p-n结隔离 362

11.2 自对准 363

11.3 局部氧化 364

11.4 平面化 367

11.5 金属布线 369

11.6 吸杂 370

11.7 MOS集成电路 371

11.7.1 p沟道晶体管 372

11.7.2 n沟道晶体管 372

11.7.3 互补晶体管 373

11.7.4 不挥发存储器 375

11.7.5 硅-蓝宝石器件 376

11.8 金属半导体场效应集成电路 377

11.8.1 耗尽型晶体管 377

11.8.2 增强型晶体管 379

11.8.3 数字电路制造方法 380

11.9 BJT集成电路 381

11.9.1 埋层 382

11.9.2 晶体管类型的选择 383

11.9.3 晶体管的性能 384

11.9.3.1 击穿电压 384

11.9.3.2 增益-带宽积 385

11.9.3.3 有源寄生 385

11.9.4 p-n-p晶体管 386

11.9.5 专用双极型晶体管 387

11.9.6 场效应晶体管 388

11.9.7 自隔离VLSI晶体管 389

11.9.8 二极管 391

11.9.9 电阻 393

11.9.9.1 扩散形成的电阻 393

11.9.8.1 肖特基二极管 393

11.9.9.2 离子注八电阻 396

11.9.9.3 薄膜电阻 396

11.9.10 电容 396

参考文献 399

A.1.1 反射和叠加原理 403

A.1.2 推广的初值条件 403

A.1 扩散系统恒定时的解 403

附录 扩散数学 403

A.1.3 狭缝扩散 404

A.1.4 几种常用的解 407

A.1.5 一些常用的误差函数关系 408

A.1.6 向半无限物体扩散的通解 408

A.2 扩散系数与时间有关时的解 410

A.2.1 扩散炉的斜坡式变温 410

A.3 扩散系数与浓度有关时的解 411

A.4 扩散系数的确定 413

A.4.1 p-n结法 413

A.4.2 Boltzmann-Matano方法［5］ 413