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

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 9

1.2.1化学汽相淀积动力学的一般考虑 9

1.2.2常压化学汽相淀积多晶硅薄膜的动力学 16

1.2.3低压化学汽相淀积多晶硅薄膜的动力学 22

1.3多晶硅薄膜的结构与形貌 30

1.3.1成核理论 30

1.3.2多晶硅薄膜淀积的成核 34

1.3.3淀积条件对多晶硅薄膜形貌的影响 39

1.3.4多晶硅薄膜的优选晶向 42

1.3.5多晶硅薄膜的稳定性 44

1.4.1掺杂对多晶硅薄膜淀积率的影响 48

1.4掺杂对多晶硅薄膜淀积的影响 48

1.4.2掺杂对多晶硅薄膜淀积率影响的解释 51

1.5晶粒再结晶生长机构及掺杂对其的影响 53

1.5.1晶粒再结晶生长机构 53

1.5.2掺杂对晶粒生长的影响 58

1.6掺氧半绝缘多晶硅薄膜 63

1.6.1掺氧半绝缘多晶硅薄膜的淀积 63

1.6.2掺氧半绝缘多晶硅薄膜的结构 66

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 69

参考文献 71

第二章 多晶硅薄膜的电学性质 74

2.1多晶硅薄膜电学性质的基本特征 74

2.2晶粒间界陷阱模型 78

2.2.1晶粒间界陷阱模型的基本假设 78

2.2.2肖特基热发射电流 80

2.2.3电导率 82

2.2.4载流子浓度 99

2.2.5迁移率 102

2.3晶粒间界的杂质分凝 109

2.3.1杂质在晶粒间界的分凝现象 109

2.3.2早期的晶粒间界杂质分凝模型 113

2.3.3晶粒间界杂质分凝的计算 115

2.4高掺杂时的修正 123

2.4.1迁移率对退火温度的依赖 125

2.4.2多晶硅薄膜电导模型的修正 126

2.4.3高掺杂多晶硅薄膜电阻率和伏-安特性的计算 129

2.4.4高掺杂多晶硅薄膜电阻率的理论计算与实验的比较 134

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 140

2.5甚高掺杂时的修正——固体溶解度和激活率的影响 142

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 150

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 150

2.6.2脉冲激光退火和它对多晶硅薄膜晶粒结构的影响 155

2.6.3激光退火后电阻率的热稳定性 156

2.7附录：多晶硅薄膜的霍尔迁移率 160

2.7.1简化模型 160

2.7.2实测电阻率ρ*的等效电路计算 162

2.7.3实测霍尔系数的等效电路计算 164

2.7.4多晶硅薄膜的电阻率 166

2.7.5多晶硅薄膜的迁移率 167

参考文献 168

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入掺杂 170

3.1杂质在多晶硅薄膜中的扩散模式 170

3.1.1杂质在多晶硅薄膜中的三种扩散模式 170

3.1.2各类模式下杂质扩散的浓度分布 173

3.2.1杂质沿晶粒间界的纵向扩散 178

3.2增强扩散的实验观察 178

3.2.2杂质沿晶粒间界的横向扩散 182

3.3多晶硅薄膜中的杂质扩散系数的实验测定 185

3.3.1砷在多晶硅薄膜中的扩散系数 186

3.3.2磷在多晶硅薄膜中的扩散系数 194

3.3.3硼在多晶硅薄膜中的扩散系数 195

3.4多晶硅薄膜的离子注入及其退火特性 200

3.4.1多晶硅薄膜中离子注入的射程分布 200

3.4.2离子注入多晶硅薄膜的退火特性 204

3.5附录 208

3.5.1B类扩散模式杂质分布的数学分析表达式 208

3.5.2A类扩散模式杂质分布的数学分析表达式 213

参考文献 215

第四章 多晶硅薄膜的热氧化 218

4.1多晶硅薄膜氧化的基本特征 219

4.1.1多晶硅薄膜氧化的规律和特征阶段 219

4.1.2晶粒间界和加速氧化 222

4.2多晶硅薄膜氧化的应力模型 225

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 225

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 228

4.2.4氧化动力学的计算机模拟及其工程近似方程 231

4.3掺杂增强氧化 233

4.3.1掺杂增强氧化的实验现象 233

4.3.2重磷掺杂多晶硅薄膜氧化的特征阶段 242

4.3.3掺杂增强氧化的物理原因 243

4.3.4晶粒间界对掺杂增强氧化的影响 248

4.3.5多晶硅薄膜厚度对掺杂增强氧化的影响 252

4.4.1掺磷多晶硅薄膜氧化时的杂质分凝 253

4.4多晶硅薄膜氧化中的杂质再分布 253

4.4.2掺砷多晶硅薄膜氧化时的杂质再分布 256

4.5氧化增强扩散 258

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 264

4.6.1多晶硅二氧化硅的高电导率现象 264

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 267

4.7多晶硅薄膜激光退火对多晶硅SiO2层漏电流的影响 270

4.8附录 273

参考文献 276

第五章 多晶硅薄膜的光学性质 279

5.1多晶硅薄膜的折射率和吸收系数 279

5.1.1反射率和透射率的理论计算 279

5.1.2多晶硅薄膜折射率的计算 283

5.1.3多晶硅薄膜折射率和吸收系数的实验测定 285

5.2多晶硅薄膜的光电导 290

5.2.1光照对晶粒间界势垒的影响 291

5.2.2晶粒间界处复合电流的计算 294

5.2.3多晶硅薄膜的光电导 296

5.3晶粒间界陷阱对少数载流子寿命的影响 302

5.3.1过剩载流子的复合速度 303

5.3.2少数载流子的寿命 305

参考文献 307

第六章 多晶硅-硅化物薄膜 308

6.1多晶硅互连的局限和硅化物 308

6.1.1多晶硅互连的局限性 308

6.1.2难熔金属硅化物的应用 310

6.2硅化物的形成与性质 314

6.2.1溅射退火形成TiSi2和CoSi2的特性 315

6.2.2硅化物的CVD淀积 321

6.2.3反应形成硅化物的厚度考虑 324

6.3硅化物的氧化 328

6.3.1硅化物的氧化机构 328

6.2.4硅化物的热稳定性 328

6.3.2硅化物氧化动力学 331

6.3.3影响硅化物氧化的因素 339

6.4多晶硅-硅化物的刻蚀 339

6.4.1多晶硅薄膜的各向异性刻蚀机理 340

6.4.2Si/SiO2的刻蚀选择比 343

6.4.3多晶硅薄膜的各向异性刻蚀 345

6.5多晶硅-硅化物复合栅MOS结构 347

6.5.1多晶硅-硅化物复合栅MOS结构 347

6.5.2复合栅中多晶硅／硅化物厚度比的考虑 351

6.6多晶硅-硅化物局部互连技术 353

参考文献 356

7.1多晶硅栅 359

7.1.1多晶硅栅的自对准 359

第七章 多晶硅栅和多晶硅薄膜在MOS大规模集成电路中的应用 359

7.1.2多晶硅栅对M0S晶体管开启电压的影响 366

7.1.3多晶硅栅与MOS器件的稳定性 371

7.1.4多晶硅栅自对准技术与功耗和集成度 373

7.2亚微米自对准多晶硅-硅化物SOICMOS电路工艺 374

7.3多晶硅薄膜在大容量MOS动态随机存储器中的应用 379

7.3.1一种64Mbit以上DRAM采用的冠形堆叠电容结构的存储单元 379

7.3.2用于256MDRAM的半球硅晶粒桶状电容存储单元 383

7.3.3分层对角线结构的高密度DRAM 385

7.4多晶硅薄膜在闪速E2PROM中的应用 389

7.4.1单电源高密度闪速E2PROM 389

7.4.2三维侧墙闪速E2PROM单元 392

7.5多晶硅薄膜MOS晶体管在高密度静态MOS存储器中的应用 394

7.5.1多晶硅薄膜PMOS晶体管负载 394

7.5.2多晶硅薄膜PMOS晶体管在高密度低功耗SRAM中的应用 395

7.6多晶硅薄膜在电荷耦合器件中的应用参考文献 399

第八章 多晶硅发射极晶体管和多晶硅薄膜在双极集成电路中的应用 401

8.1多晶硅掺杂扩散源 402

8.1.1多晶硅掺杂扩散源 402

8.1.2多晶硅掺杂扩散源消除“尖锲”现象 404

8.2多晶硅发射极晶体管 406

8.3多晶硅发射极晶体管的四种理论模型 409

8.4多晶硅发射极晶体管电流放大系数的理论计算 416

8.4.1多晶硅区对注入的少数载流子电流的影响 416

8.4.2界面绝缘层的隧道电流对发射区注入效率的影响 422

8.4.3单晶硅发射区部分的分析 425

8.4.4多晶硅发射区和界面绝缘层对多晶硅发射极晶体管放大倍数β影响的分析 426

8.4.5多晶硅发射极晶体管放大倍数的计算机模拟计算 430

8.5多晶硅发射极晶体管的解析理论 433

8.5.1直流特性的解析理论 433

8.5.2交流特性的解析理论 438

8.5.3电流增益和发射区渡越时间的控制机理 442

8.6多晶硅发射极技术在双极集成电路中的几种典型应用 447

8.6.1多晶硅自对准工艺 447

8.6.2沟槽隔离自对准双层多晶硅技术 449

8.6.3超自对准（SST）多晶硅发射极工艺 453

8.6.4制备在SOI衬底上多晶硅发射极晶体管 459

8.6.5多晶硅绝缘隔离和同步外延 462

8.7多晶硅发射极超高速集成电路举例 465

参考文献 470

第九章 多晶硅在场控功率器件和功率集成电路中的应用 473

9.1引言 473

9.2多晶硅电阻场板结终端技术 476

9.2.1PN结终端技术 476

9.2.2半绝缘多晶硅电阻场板结终端技术 478

9.2.3半绝缘多晶硅电阻场板设计理论 481

9.2.4多晶硅电阻场板 486

9.3多晶硅栅场控型功率晶体管 490

9.3.1多晶硅栅双扩散功率MOS晶体管 490

9.3.2多晶硅RESURF高压横向功率器件 504

9.3.3多晶硅栅高频功率MOS管 507

9.3.4多晶硅槽栅结构功率MOS器件 511

9.3.5多晶硅在静电感应晶体管中的应用 516

9.4智能功率集成电路中的多晶硅技术与SOI技术 520

9.4.1智能功率集成电路的多晶硅技术 522

9.4.2智能功率集成电路中的SOI技术 525

9.4.3SIMOX智能功率集成电路 532

参考文献 535

第十章 多晶硅薄膜在微电子机械系统中的应用 538

10.1硅基MEMS加工工艺概述 539

10.1.2键合 540

10.1.1硅的化学腐蚀 540

10.1.3深槽刻蚀 542

10.1.4表面牺牲层工艺 543

10.2多晶硅薄膜表面牺牲层技术 545

10.2.1工艺步聚 545

10.2.2硅表面牺牲层技术中的粘附问题 548

10.3多晶硅的力学特性 562

10.3.1多晶硅膜的残余应力 562

10.3.2多晶硅力学参量的测量 574

10.4几种典型的表面加工MEMS器件 583

10.4.1加速度计 583

10.4.2陀螺 586

10.4.3谐振器 593

10.4.4中心轴侧向驱动微马达 594

10.4.5直线步进式执行器 597

10.4.6微继电器 598

参考文献 601

第十一章 多晶硅薄膜在显示器件中的应用 605

11.1多晶硅薄膜晶体管 607

11.1.1多晶硅薄膜晶体管的特性 607

11.1.2多晶硅薄膜晶体管的制备工艺 612

11.2多晶硅TFT在AMLCD中的应用 621

11.2.1液晶显示 621

11.2.2有源矩阵液晶显示 625

11.3多晶硅薄膜晶体管一体化有源矩阵液晶显示技术 627

11.3.1一体化TFT有源矩阵液晶显示的结构和要求 628

11.3.2多晶硅TFT一体化有源矩阵液晶显示 630

参考文献 635

第十二章 多晶硅的再结晶和三维集成电路 637

12.1引言 637

12.2.1连续氩离子激光的加工条件 641

12.2绝缘衬底上多晶硅薄膜的再结晶 641

12.2.2电子束（连续波）加工条件 648

12.2.3再结晶膜晶粒结构与激光束形状（温度梯度）的关系 653

12.2.4有籽晶区的“横向外延”再结晶技术 655

12.2.5表面覆盖层和选择退火技术 658

12.2.6石墨条红外辐射及高频感应加热技术 665

12.2.7其它多晶硅再结晶加工技术 668

12.3晶粒间界对MOS场效应晶体管性能的影响 670

12.3.1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 670

12.3.2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 677

12.4绝缘层上多晶硅再结晶薄膜的典型应用 678

12.4.1无闩锁效应的CMOS/SOI电路 678

12.4.2抗辐照CMOS/SOI电路 686

12.4.3抗辐照CMOS随机存储器 689

12.4.4三维立体集成CMOS电路 690

参考文献 701