集成電路制造工藝原理

《集成電路制造工藝原理》課程教學(xué)教案山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)教研室(微電)張新課程總體介紹：課程性質(zhì)及開課時(shí)間：本課程為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（微電子技術(shù)方向和光電子技術(shù)方向）的專業(yè)選修課。本課程是半導(dǎo)體集成電路、晶體管原理與設(shè)計(jì)和光集成電路等課程的前修課程。本課程開課時(shí)間暫定在第五學(xué)期。參考教材：《半導(dǎo)體器件工藝原理》國(guó)防工業(yè)出版社華中工學(xué)院、西北電訊工程學(xué)院合編《半導(dǎo)體器件工藝原理》（上、下冊(cè)）國(guó)防工業(yè)出版社成都電訊工程學(xué)院編著《半導(dǎo)體器件工藝原理》上海科技出版社《半導(dǎo)體器件制造工藝》上?？萍汲霭嫔纭都呻娐分圃旒夹g(shù)-原理與實(shí)踐》電子工業(yè)出版社《超大規(guī)模集成電路技術(shù)基礎(chǔ)》電子工業(yè)出版社《超大規(guī)模集成電路工藝原理-硅和砷化鎵》電子工業(yè)出版社目前實(shí)際教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)：課內(nèi)課時(shí)54學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介：本課程主要介紹了以硅外延平面工藝為基礎(chǔ)的，與微電子技術(shù)相關(guān)的器件（硅器件）、集成電路（硅集成電路）的制造工藝原理和技術(shù)；介紹了與光電子技術(shù)相關(guān)的器件（發(fā)光器件和激光器件）、集成電路（光集成電路）的制造工藝原理，主要介紹了最典型的化合物半導(dǎo)體砷化鎵材料以及與光器件和光集成電路制造相關(guān)的工藝原理和技術(shù)。教學(xué)課時(shí)安排：(按54學(xué)時(shí))課程介紹及緒論2學(xué)時(shí)第一章襯底材料及襯底制備6學(xué)時(shí)第二章外延工藝8學(xué)時(shí)第三章氧化工藝7學(xué)時(shí)第四章?lián)诫s工藝12學(xué)時(shí)第五章光刻工藝3學(xué)時(shí)第六章制版工藝3學(xué)時(shí)第七章隔離工藝3學(xué)時(shí)第八章表面鈍化工藝5學(xué)時(shí)第九章表面內(nèi)電極與互連3學(xué)時(shí)第十章器件組裝2學(xué)時(shí)課程教案:課程介紹及序論（2學(xué)時(shí)）內(nèi)容：課程介紹：1教學(xué)內(nèi)容1.1與微電子技術(shù)相關(guān)的器件、集成電路的制造工藝原理1.2與光電子技術(shù)相關(guān)的器件、集成電路的制造1.3參考教材教學(xué)課時(shí)安排學(xué)習(xí)要求序論：課程內(nèi)容：半導(dǎo)體技術(shù)概況1.1半導(dǎo)體器件制造技術(shù)1.1.1半導(dǎo)體器件制造的工藝設(shè)計(jì)1.1.2工藝制造1.1.3工藝分析1.1.4質(zhì)量控制1.2半導(dǎo)體器件制造的關(guān)鍵問題1.2.1工藝改革和新工藝的應(yīng)用1.2.2環(huán)境條件改革和工藝條件優(yōu)化1.2.3注重情報(bào)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的及時(shí)調(diào)整1.2.4工業(yè)化生產(chǎn)典型硅外延平面器件管芯制造工藝流程及討論2.1常規(guī)npn外延平面管管芯制造工藝流程2.2典型pn隔離集成電路管芯制造工藝流程2.3兩工藝流程的討論2.3.1有關(guān)說明2.3.2兩工藝流程的區(qū)別及原因課程重點(diǎn)：介紹了與電子科學(xué)與技術(shù)中的兩個(gè)專業(yè)方向（微電子技術(shù)方向和光電子技術(shù)方向）相關(guān)的制造業(yè)，指明該制造業(yè)是社會(huì)的基礎(chǔ)工業(yè)、是現(xiàn)代化的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)家遠(yuǎn)景規(guī)劃中置于首位發(fā)展的工業(yè)。介紹了與微電子技術(shù)方向相關(guān)的分離器件（硅器件）、集成電路（硅集成電路）的制造工藝原理的內(nèi)容，指明微電子技術(shù)從某種意義上是指大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的制造技術(shù)。由于集成電路的制造技術(shù)是由分離器件的制造技術(shù)發(fā)展起來的，則從制造工藝上看，兩種工藝流程中絕大多數(shù)制造工藝是相通的，但集成電路制造技術(shù)中包含了分離器件制造所沒有的特殊工藝。介紹了與光電子技術(shù)方向相關(guān)的分離器件、集成電路的制造工藝原理的內(nèi)容。指明這些器件（發(fā)光器件和激光器件）和集成電路（光集成電路）多是由化合物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料的，最常用和最典型的是砷化鎵材料，本課程簡(jiǎn)單介紹了砷化鎵材料及其制造器件時(shí)相關(guān)的工藝技術(shù)與原理。在課程介紹中，指出了集成電路制造工藝原理的內(nèi)容是隨著半導(dǎo)體器件制造工藝技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的、是隨著電子行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體器件性能不斷提高的要求（小型化、微型化、集成化、以及高頻特性、功率特性、放大特性的提高）而不斷充實(shí)的。綜觀其發(fā)展歷程，由四十年代末的合金工藝原理到五十年代初的合金擴(kuò)散工藝原理，又由于硅平面工藝的出現(xiàn)而發(fā)展為硅平面工藝原理、繼而發(fā)展為硅外延平面工藝原理，硅外延平面工藝是集成電路制造的基礎(chǔ)工藝；在制造分離器件和集成電路時(shí)，為提高器件和集成電路的可靠性、穩(wěn)定性，引入了若干有實(shí)效的保護(hù)器件表面的工藝，則加入了表面鈍化工藝原理的內(nèi)容；在制造集成電路時(shí)，為實(shí)現(xiàn)集成電路中各元器件間的電性隔離，引入了隔離墻的制造，則又加入了隔離工藝原理的內(nèi)容。因此，集成電路工藝原理=硅外延平面工藝原理+表面鈍化工藝原理+隔離工藝原理，而大規(guī)模至甚大規(guī)模集成電路的制造工藝，只不過是在摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)（制版技術(shù)）、電極制造技術(shù)方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)而已。介紹了半導(dǎo)體技術(shù)概況，指出半導(dǎo)體技術(shù)是由工藝設(shè)計(jì)、工藝制造、工藝分析和質(zhì)量控制四部分構(gòu)成。工藝設(shè)計(jì)包含工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)和工藝條件設(shè)計(jì)三部分內(nèi)容，其設(shè)計(jì)過程是：由器件的電學(xué)參數(shù)（分離器件電學(xué)參數(shù)和集成電路功能參數(shù)）參照工藝水平進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)；然后進(jìn)行理論驗(yàn)算（結(jié)構(gòu)參數(shù)能否達(dá)到器件的電學(xué)參數(shù)的要求）；驗(yàn)算合格，依據(jù)工藝原理和原有工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。工藝制造包含工藝程序?qū)嵤?、工藝設(shè)備、工藝改革三部分內(nèi)容。工藝分析包含原始材料分析、外延片質(zhì)量分析、各工序片子參數(shù)分析和工藝條件分析等四部分內(nèi)容，工藝分析的目的是為了工藝改進(jìn)。質(zhì)量控制包含分離器件和集成電路的失效機(jī)理研究、可靠性分析和工藝參數(shù)控制自動(dòng)化三部分內(nèi)容。在介紹、討論、分析的基礎(chǔ)上，指明了半導(dǎo)體器件制造中要注意的幾個(gè)關(guān)鍵問題。介紹了以典型硅外延平面工藝為基礎(chǔ)的常規(guī)npn外延平面管管芯制造工藝流程和典型pn隔離集成電路管芯制造工藝流程，并分析了兩種工藝的共同處和不同處。課程難點(diǎn)：半導(dǎo)體器件制造的工藝設(shè)計(jì)所涉及的三部分內(nèi)容中工藝參數(shù)設(shè)計(jì)所包含的具體內(nèi)容；工藝流程設(shè)計(jì)包含的具體內(nèi)容；工藝條件設(shè)計(jì)包含的具體內(nèi)內(nèi)容。工藝制造涉及的具體內(nèi)容，工藝線流程與各工序操作流程的區(qū)別。半導(dǎo)體器件制造的工藝分析所涉及的四部分內(nèi)容，進(jìn)行原始材料分析、外延片質(zhì)量分析、各工序片子參數(shù)分析、工藝條件分析的意義何在；如何對(duì)應(yīng)器件的不合格性能參數(shù)，通過上述四項(xiàng)分析進(jìn)行工藝改進(jìn)，從而得到合格性能參數(shù)。半導(dǎo)體器件制造的質(zhì)量控制須做哪些工作，為什么說通過質(zhì)量控制，器件生產(chǎn)廠家可提高經(jīng)濟(jì)效益、可提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力、可提高產(chǎn)品的信譽(yù)度。什么是工藝改革和新工藝的應(yīng)用？什么是環(huán)境條件改革和工藝條件優(yōu)化？為什么要注重情報(bào)和及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)？什么是工業(yè)化大生產(chǎn)？這些問題為什么會(huì)成為半導(dǎo)體器件制造中的關(guān)鍵問題？為什么說半導(dǎo)體器件制造有冗長(zhǎng)的工藝流程？十幾步的分離器件制造工藝流程與二十幾步的集成電路制造工藝流程有什么區(qū)別？集成電路制造比分離器件制造多出了隔離制作和埋層制作，各自有哪幾步工藝構(gòu)成？各起到什么作用？基本概念：1半導(dǎo)體器件-由半導(dǎo)體材料制成的分離器件和半導(dǎo)體集成電路。2半導(dǎo)體分離器件-各種晶體三極管；各種晶體二極管；各種晶體可控硅。3半導(dǎo)體集成電路-以半導(dǎo)體（硅）單晶為基片，以外延平面工藝為基礎(chǔ)工藝，將構(gòu)成電路的各元器件制作于同一基片上，布線連接構(gòu)成的功能電路。4晶體三極管的電學(xué)參數(shù)-指放大倍數(shù)、結(jié)的擊穿電壓、管子的工作電壓、工作頻率、工作功率、噪聲系數(shù)等。5晶體三極管的結(jié)構(gòu)參數(shù)-包括所用材料、電性區(qū)各層結(jié)構(gòu)參數(shù)、器件芯片尺寸、外延層結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝片厚度等。6硅平面工藝-指由熱氧化工藝、光刻工藝和擴(kuò)散工藝為基礎(chǔ)工藝構(gòu)成的近平面加工工藝。7硅外延平面工藝-外延工藝+硅平面工藝構(gòu)成的器件制造工藝?；疽螅阂髮W(xué)生了解本課程的性質(zhì)，知道學(xué)好集成電路制造工藝原理對(duì)學(xué)習(xí)專業(yè)課的重要性。掌握半導(dǎo)體器件制造技術(shù)中所涉及的四部分內(nèi)容。了解工藝設(shè)計(jì)所涉及的三部分內(nèi)容中工藝參數(shù)設(shè)計(jì)所包含的具體內(nèi)容；工藝流程設(shè)計(jì)包含的具體內(nèi)容；工藝條件設(shè)計(jì)包含的具體內(nèi)內(nèi)容。了解工藝制造涉及的具體內(nèi)容，知道工藝線流程與各工序操作流程的區(qū)別是什么。了解半導(dǎo)體器件制造的工藝分析所涉及的四個(gè)分析內(nèi)容，知道進(jìn)行原始材料分析、外延片質(zhì)量分析、各工序片子參數(shù)分析、工藝條件分析的指導(dǎo)意義；能夠?qū)?yīng)器件的不合格性能參數(shù)，通過上述四項(xiàng)分析進(jìn)行工藝改進(jìn)，從而得到合格性能參數(shù)。知道半導(dǎo)體器件制造的質(zhì)量控制須做哪些工作，能清楚知道通過質(zhì)量控制，器件生產(chǎn)廠家可提高經(jīng)濟(jì)效益、可提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力、可提高產(chǎn)品的信譽(yù)度的原因。知道什么是工藝改革和新工藝的應(yīng)用？什么是環(huán)境條件改革和工藝條件優(yōu)化？為什么要注重情報(bào)和及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)？什么是工業(yè)化大生產(chǎn)？清楚這些問題為什么會(huì)成為半導(dǎo)體器件制造中的關(guān)鍵問題？了解半導(dǎo)體器件制造有冗長(zhǎng)的工藝流程，分離器件制造工藝至少有十幾步的工藝流程，集成電路制造工藝至少有二十幾步的制造工藝流程。知道集成電路制造比分離器件制造多出了隔離制作和埋層制作兩大部分，知道制作隔離區(qū)的目的何在？制作埋層區(qū)的目的何在？清楚隔離制作有哪幾步工藝構(gòu)成？知道隔離氧化、隔離光刻和隔離擴(kuò)散工藝各自達(dá)到什目的；清楚埋層制作有哪幾步工藝構(gòu)成？知道埋層氧化、埋層光刻和埋層擴(kuò)散工藝各自達(dá)到什目的。緒論作業(yè)：思考題：2個(gè)第一章襯底材料及襯底制備(6學(xué)時(shí))§1.1襯底半導(dǎo)體材料3學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1常用半導(dǎo)體材料及其特點(diǎn)常用半導(dǎo)體材料1.1.1元素半導(dǎo)體材料1.1.2化合物半導(dǎo)體材料硅材料的特點(diǎn)1.2.1價(jià)格低、純度高1.2.2制成的器件能工作在較高溫度下1.2.3電阻率選擇范圍寬1.2.4其特有的硅外延平面工藝砷化鎵材料的特點(diǎn)1.3.1載流子的低場(chǎng)遷移率高1.3.2禁帶寬度更大1.3.3能帶結(jié)構(gòu)更接近躍遷型2硅、砷化鎵的晶體結(jié)構(gòu)及單晶硅體2.1硅的晶體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)2.1.1硅的金剛石型晶胞結(jié)構(gòu)2.1.2硅原子沿〈111〉向的排列規(guī)律2.2砷化鎵的晶體結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)2.2.1砷化鎵的閃鋅礦型晶胞結(jié)構(gòu)2.2.2砷化鎵的〈111〉向六棱柱晶胞2.2.3砷化鎵的〈111〉向特點(diǎn)2.3硅、砷化鎵晶體的制備方法2.3.1硅單晶體的制備方法2.3.2砷化鎵晶體的制備方法2.4單晶硅體2.4.1單晶硅體呈圓柱狀2.4.2單晶硅體上具有生長(zhǎng)晶棱3硅襯底材料的選擇3.1硅襯底材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)3.1.1結(jié)晶質(zhì)量3.1.2生長(zhǎng)晶向3.1.3缺陷密度3.2硅襯底材料的物理參數(shù)3.2.1電阻率3.2.2少數(shù)載流子壽命3.2.3雜質(zhì)（載流子）補(bǔ)償度3.3硅襯底材料的電性參數(shù)3.4其它要注意的問題3.4.1電阻率不均勻性問題3.4.2重金屬雜質(zhì)和氧、碳含量問題課程重點(diǎn):本節(jié)主要介紹了半導(dǎo)體器件（半導(dǎo)體分離器件和半導(dǎo)體集成電路）制造中常用的半導(dǎo)體材料。在硅、鍺元素半導(dǎo)體材料中，普遍應(yīng)用的是硅半導(dǎo)體材料；在銻化銦、磷化鎵、磷化銦、砷化鎵等化合物半導(dǎo)體材料中，最常應(yīng)用的是砷化鎵半導(dǎo)體材料。分別介紹了硅半導(dǎo)體材料和砷化鎵半導(dǎo)體材料各自的特點(diǎn)，相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合。討論了硅半導(dǎo)體材料和砷化鎵半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)，從中可知，雖然硅晶體具有金剛石型晶胞結(jié)構(gòu)，而砷化鎵晶體具有閃鋅礦型晶胞結(jié)構(gòu)，但從晶胞的構(gòu)成和某些性質(zhì)有相似的地方，但應(yīng)注意其性質(zhì)上的根本區(qū)別。由硅原子沿〈111〉向的排列規(guī)律可知，在一個(gè)硅晶體的六棱柱晶胞中有七個(gè)相互平行的{111}面；而七個(gè)面構(gòu)成的六個(gè)面間有兩種面間距，其中一個(gè)體現(xiàn)面間距大的特點(diǎn)，另一個(gè)體現(xiàn)面間距小的特點(diǎn)；每一個(gè){111}晶面具有相同的原子面密度；原子平面間是靠共價(jià)鍵連接的，而六個(gè)面間有兩種面間共價(jià)鍵密度，在三個(gè)面間每個(gè)原子均為三鍵連接-體現(xiàn)面間價(jià)鍵密度大的特點(diǎn)，在另三個(gè)面間每個(gè)原子均為單鍵連接-體現(xiàn)面間價(jià)鍵密度小的特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)中可知，面間價(jià)鍵密度小的面間同時(shí)面間距大，而面間價(jià)鍵密度大的面間同時(shí)面間距小，由此引入兩個(gè)結(jié)論：面間價(jià)鍵密度小而同時(shí)面間距大的面間，極易被分割，稱為硅晶體的解理面；面間價(jià)鍵密度大同時(shí)面間距小的面間，面間作用力極強(qiáng)，則被看作是不可分割的雙層原子面，即當(dāng)一個(gè)面看待。砷化鎵晶體中原子沿〈111〉向的排列規(guī)律與硅晶體的相似，只不過砷面和鎵面交替排列（四個(gè)砷面夾著三個(gè)鎵面或四個(gè)鎵面夾著三個(gè)砷面）而已。還討論了硅晶體和砷化鎵晶體的制備，硅單晶體通常采用直拉法或懸浮區(qū)熔法進(jìn)行生長(zhǎng)；砷化鎵晶體通常采用梯度凝固生長(zhǎng)法或液封式直拉法制備。本節(jié)還對(duì)半導(dǎo)體器件制造最常用的單晶硅體進(jìn)行了討論，可知單晶硅體呈圓柱狀，但在單晶硅體上存在與單晶生長(zhǎng)晶向相關(guān)的生長(zhǎng)晶棱；因?yàn)榕c硅原子沿生長(zhǎng)晶向排列有關(guān)，沿不同晶向生長(zhǎng)的單晶硅體上晶棱數(shù)目不同，晶棱對(duì)稱程度也不同。最后討論了硅單晶的質(zhì)量參數(shù)（硅襯底材料的選擇），這對(duì)了解硅單晶材料的性能并進(jìn)而在器件的生產(chǎn)中正確的選擇硅襯底材料是至關(guān)重要的。課程難點(diǎn)：硅單晶的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)分析；砷化鎵晶體的晶體結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)分析。硅單晶的兩種制備工藝及其工藝分析、工藝過程討論；砷化鎵晶體的兩種制備工藝及其工藝分析、工藝過程討論。硅單晶體的外部特征，導(dǎo)致硅單晶體外部特征與硅單晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)（原子排列規(guī)律）的對(duì)應(yīng)關(guān)系分析討論。硅單晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)要求；物理參數(shù)要求和電性參數(shù)要求。基本概念：1元素半導(dǎo)體材料-完全由一種元素構(gòu)成的，具有半導(dǎo)體性質(zhì)的材料。2化合物半導(dǎo)體材料-由兩種或兩種以上的元素構(gòu)成的，具有半導(dǎo)體性質(zhì)的材料。3面間共價(jià)鍵密度-在相鄰原子面間任取一平行平面，單位面積的共價(jià)鍵露頭數(shù)。4少子壽命-少數(shù)載流子壽命，它反映了少數(shù)載流子保持其電性的時(shí)間長(zhǎng)短，記為τ。它與單晶體中的缺陷和重金屬雜質(zhì)的多少有關(guān)。5補(bǔ)償度-載流子補(bǔ)償度（雜質(zhì)補(bǔ)償度），記為M。由于半導(dǎo)體中的雜質(zhì)全部電離，則其反映了半導(dǎo)體材料中反型雜質(zhì)的多少?；疽螅毫私庥糜诎雽?dǎo)體器件制造的半導(dǎo)體材料的類型，了解元素半導(dǎo)體材料的類型及構(gòu)成，了解化合物半導(dǎo)體材料的類型及構(gòu)成。知道半導(dǎo)體器件制造中最常用的硅半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)，知道半導(dǎo)體光學(xué)器件制造中最常用的砷化鎵半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)。清楚硅半導(dǎo)體晶體和砷化鎵半導(dǎo)體晶體的晶體結(jié)構(gòu)，以及它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；知道它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上的相似處和不同處；知道由硅半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)分析引入的兩個(gè)結(jié)論，并清楚它們對(duì)半導(dǎo)體器件制造的指導(dǎo)意義。了解硅半導(dǎo)體單晶體是如何制備的，清楚其不同的制備工藝；知道砷化鎵半導(dǎo)體晶體是如何制備的，及其了解各種制備工藝。清楚知道硅半導(dǎo)體單晶體的外部特征，知道這些外部特征與晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的密切聯(lián)系。知道如何進(jìn)行硅襯底材料的選擇，知道在硅單晶的質(zhì)量參數(shù)中結(jié)構(gòu)參數(shù)包括哪一些、物理參數(shù)包括哪一些、電性參數(shù)是指什么；對(duì)高要求和高性能的集成電路制造，還應(yīng)注意哪些材料的質(zhì)量參數(shù)?！?.2硅單晶的定向2學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1定向的方法1.1根據(jù)晶體生長(zhǎng)的各向異性定向1.2根據(jù)晶體解理的各向異性定向1.3根據(jù)晶體腐蝕的各向異性定向1.4光圖定向1.5x光衍射定向2光圖定向的方法與原理2.1顯示晶面解理坑2.2晶面解理坑的結(jié)構(gòu)與分布2.3光向與晶向2.4光圖定向儀2.5光圖定向3.光圖定向器件生產(chǎn)中的應(yīng)用3.1定向切割3.2定向劃片及定位面的制造課程重點(diǎn)：本節(jié)介紹了常規(guī)集成電路制造中硅單晶體定向。粗略的可根據(jù)晶體生長(zhǎng)的各向異性定向、根據(jù)晶體解理的各向異性定向、根據(jù)晶體腐蝕的各向異性定向；較精確的可進(jìn)行光圖定向；更精確的可進(jìn)行x光衍射定向。本節(jié)主要介紹了常規(guī)集成電路制造中最常用的光圖定向，根據(jù)光圖定向的三個(gè)必備條件，進(jìn)行了顯示晶面解理坑的討論；晶面解理坑的結(jié)構(gòu)與分布的討論；平行光照射晶面解理坑后，得到的反射光象與晶體晶向關(guān)系的討論；討論了常見的光圖定向儀；并對(duì)光圖定向的設(shè)備要求和光圖定向步驟進(jìn)行了討論。最后，討論了光圖定向在常規(guī)集成電路制造中兩種常見的應(yīng)用，定向切割是在一定生長(zhǎng)晶向的硅單晶棒上切出所需晶面的硅單晶片；而定位面的制造是為了適應(yīng)器件生產(chǎn)中的定向劃片，指出定向劃片可以獲得大量完整的管芯，定位面為定向劃片提供了劃片的參考平面。課程難點(diǎn)：為什么可根據(jù)晶體生長(zhǎng)的各向異性、晶體解理的各向異性、晶體腐蝕的各向異性進(jìn)行定向，與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系如何。在光圖定向中，顯示晶面解理坑采用了電化學(xué)腐蝕，腐蝕前為什么要進(jìn)行金剛砂研磨？在電化學(xué)腐蝕液中，晶格畸變區(qū)和晶格完整區(qū)各具有不同的性質(zhì)，進(jìn)行了什么不同的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理是什么。當(dāng)在低指數(shù)晶面的晶片上制備晶面解理坑時(shí)，獲得的是以平行該低指數(shù)晶面的面為底、以{111}面為側(cè)面圍成的平底錐坑，此類結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理及與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。光圖定向中光象與晶向之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。考慮定位面劃片時(shí)就能減少管芯的碎裂的理論依據(jù)?；靖拍睿?光圖定向-用平行光照射單晶體上的晶面解理坑，根據(jù)反射光象判定、調(diào)正晶向的方法。2晶面解理坑-以低指數(shù)晶面圍成的、與晶面（晶向）有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的晶面腐蝕坑。其側(cè)面為解理面。3晶格畸變區(qū)-指晶格有損傷的或不完整的區(qū)域，該區(qū)域存在較大的晶格內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)能大。4晶格完整區(qū)-指晶格結(jié)構(gòu)完整或完美的區(qū)域，該區(qū)域晶格內(nèi)應(yīng)力低，內(nèi)能小。5反射光象-用平行光照射晶面解理坑，晶面解理坑某組平面對(duì)光的反射而得到的光圖（光象）。6定向切割-光圖定向+垂直切割。7定向劃片-按規(guī)定沿解理向進(jìn)行劃片的方法。基本要求：了解硅單晶體定向的目的、可采用的方法、定向原理。知道幾種粗略定向方法的理論依據(jù)，較精確定向方法間的比較。清楚光圖定向的方法和原理，能通過合適方法得到晶面解理坑、能通過一定手段得到反射光象、能由反射光象與晶體晶向的關(guān)系分析判定晶向、當(dāng)晶向有偏離時(shí)能通過調(diào)整光圖調(diào)正晶向。知道光圖定向是如何在半導(dǎo)體器件制造中得到應(yīng)用的，知道光圖定向在定向切割中所起的作用、知道光圖定向如何參與定位面的制作和定位面是如何在定向劃片中起到作用的?！?.3硅襯底制備工藝簡(jiǎn)介1學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1硅單晶的切割1.1工藝作用1.2切割原理1.3切割設(shè)備1.4切割方法1.5切割要求1.5.1硅片厚度1.5.2硅片兩面平行度1.5.3硅片厚度公差1.6注意事項(xiàng)2研磨工藝2.1研磨的作用2.2研磨的方法2.2.1單面研磨2.2.2雙面研磨2.3研磨要求2.4影響研磨的因素2.4.1磨料的影響2.4.2磨盤壓力的影響3拋光工藝3.1拋光的作用3.2拋光的要求3.3拋光的方法3.3.1機(jī)械拋光工藝3.3.1.1方法及原理3.3.1.2優(yōu)缺點(diǎn)3.3.1.3適用范圍3.3.2化學(xué)拋光工藝3.3.2.1原理3.3.2.2方法3.3.2.3優(yōu)缺點(diǎn)3.3.2.4適用范圍3.3.3化學(xué)機(jī)械拋光工藝3.3.3.1方法及原理3.3.3.2化學(xué)機(jī)械拋光種類3.3.3.3拋光過程分析課程重點(diǎn)：本節(jié)簡(jiǎn)單介紹了襯底制備中切片、磨片和拋光三個(gè)工藝的基本情況。關(guān)于硅單晶體的切割，討論了該工藝的四個(gè)作用：即決定了所切出的硅單晶片的晶向、晶片厚度、晶片平行度和晶片翹度；討論了切割原理：實(shí)際上是利用了刀片上的金剛砂刀刃對(duì)硅單晶棒進(jìn)行脆性磨削，由于切割刀片的高速旋轉(zhuǎn)和緩慢進(jìn)刀，而使硅單晶棒變成了一片一片的硅單晶片；介紹了兩種切割設(shè)備，一種是多用于硅單晶片的切割的內(nèi)圓切割機(jī)，另一種是用于定位面切割的外圓切割機(jī)；最后還給出了硅單晶體的切割的要求和注意事項(xiàng)。關(guān)于硅單晶片的研磨，討論了該工藝的四個(gè)作用：即去除切片造成的刀痕、調(diào)節(jié)硅單晶片的厚度、提高硅單晶片的平行度和改善硅單晶片的平整度；討論了硅單晶片研磨的方法，根據(jù)設(shè)備的不同分為硅單晶片的單面研磨和硅單晶片的雙面研磨，其研磨機(jī)理是相同的；討論了影響硅單晶片研磨的因素，研磨質(zhì)量主要取決于磨料的質(zhì)量和磨盤壓力的大小。關(guān)于硅單晶片的拋光，討論了該工藝的作用，主要是去除磨片造成的與磨料粒度相當(dāng)?shù)膿p傷層，以獲得高潔凈的、無損傷的、平整光滑的硅單晶片的鏡面表面；討論了拋光工藝的三種拋光方法，即機(jī)械拋光、化學(xué)拋光和化學(xué)機(jī)械拋光方法。機(jī)械拋光是采用更細(xì)的磨料在蓋有拋光布的磨盤上進(jìn)行細(xì)磨，由于其工藝過程中無化學(xué)反應(yīng)，則該工藝適用于化合物半導(dǎo)體晶片的表面拋光；化學(xué)拋光是利用化學(xué)腐蝕的方法對(duì)晶片表面進(jìn)行拋光，它對(duì)待研磨片平整度要求較高，化學(xué)拋光可分為液相拋光和氣相拋光兩種拋光方式，由于該拋光工藝拋光速度快、效率高，則該工藝更適用于高硬度襯底表面的拋光（如藍(lán)寶石、尖晶石等）；化學(xué)機(jī)械拋光是硅單晶片拋光的常用工藝，該工藝綜合了機(jī)械拋光、化學(xué)拋光兩種方法的各自的優(yōu)點(diǎn)，從方法上看，是采用了機(jī)械拋光設(shè)備而加入了化學(xué)拋光劑，化機(jī)拋光的種類可分為酸性拋光液拋光和堿性拋光液拋光兩種，酸性拋光液拋光有鉻離子拋光和銅離子拋光兩種方式，堿性拋光液拋光為二氧化硅拋光、也分為膠體二氧化硅拋光和懸浮二氧化硅拋光兩種方式。課程難點(diǎn)：硅單晶切割的方法與原理；硅單晶切割的要求和注意事項(xiàng)。硅單晶片研磨的方法和原理；硅單晶片單面研磨方式和雙面研磨方式的區(qū)別；注意磨料質(zhì)量和磨盤壓力是如何影響研磨質(zhì)量的。硅單晶片的三種拋光方法各自的拋光原理與拋光工藝；三種拋光方法各自的應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用范圍?；靖拍睿?晶片的平行度-指某晶片的厚度不均勻的狀況。2晶片的厚度公差-晶片與晶片之間厚度的差別。3晶片的單面研磨-晶片的單面研磨指將晶片用石蠟粘在壓塊上，在磨盤上加壓對(duì)空面進(jìn)行研磨的方法。4晶片的雙面研磨–指將晶片置于行星托片中，在上、下磨盤中加壓進(jìn)行雙面研磨的方法。5機(jī)械拋光-采用極細(xì)的磨料、在蓋有細(xì)密拋光布的拋光盤上對(duì)襯底表面進(jìn)行細(xì)磨的工藝過程。6化學(xué)拋光-利用化學(xué)腐蝕的方法對(duì)襯底表面進(jìn)行去損傷層處理的過程。7化學(xué)機(jī)械拋光-采用機(jī)械拋光設(shè)備、加入化學(xué)拋光劑對(duì)襯底表面損傷層進(jìn)行處理的過程。基本要求：熟知半導(dǎo)體集成電路制造對(duì)襯底片的要求，了解襯底制備工藝是如何一步步達(dá)到以上要求的。清楚知道晶片切割工藝的方法與原理，了解晶片切割工藝過程，知道晶片切割的工藝要求和注意事項(xiàng)。清楚知道晶片研磨的工藝方法和工藝原理，熟悉兩種研磨方法，知道研磨工藝達(dá)到的目的和要求，能分析影響研磨質(zhì)量的各種因素。清楚知道晶片拋光的各種工藝方法和工藝原理，能根據(jù)不同的待拋光襯底的實(shí)際狀況選擇合適的拋光方式，合適的拋光方法。第一章襯底材料及襯底制備作業(yè)思考題3題+習(xí)題3題第二章：外延工藝原理（8學(xué)時(shí)）§2.1外延技術(shù)概述1.5學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1外延分類1.1由外延材料的名稱不同分類1.2由外延層材料與襯底材料相同否分類1.2.1同質(zhì)外延1.2.2異質(zhì)外延1.3由器件作在外延層上還是襯底上分類1.3.1正外延1.3.2負(fù)外延（反外延）1.4由外延生長(zhǎng)狀態(tài)分類1.4.1液相外延1.4.2氣相外延1.4.3分子束外延1.5由外延生長(zhǎng)機(jī)構(gòu)分類1.5.1直接外延1.5.2間接外延2外延技術(shù)簡(jiǎn)介2.1定義2.1.1外延技術(shù)2.1.2外延層2.2外延新技術(shù)2.2.1低溫外延2.2.2變溫外延2.2.3分步外延2.2.4分子束外延3集成電路制造中常見的外延工藝3.1硅外延工藝3.1.1典型外延裝置3.1.2硅外延可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)3.2砷化鎵外延工藝3.2.1氣相外延工藝3.2.2液相外延工藝課程重點(diǎn)：本節(jié)介紹了什么是外延？外延技術(shù)解決了哪些器件制造中的難題。介紹了外延技術(shù)的分類，由外延材料的不同可分為硅外延、砷化鎵外延等等；由外延層與襯底材料相同否可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延；由在外延層上還是在襯底上制造器件可分為正外延和負(fù)外延（反外延）；由外延的生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)可分為液相外延、氣相外延和分子束外延；由外延過程中的生長(zhǎng)機(jī)構(gòu)可分為直接外延和間接外延。對(duì)外延技術(shù)做了簡(jiǎn)單的介紹，給出了外延技術(shù)和外延層的定義；介紹了低溫外延、變溫外延、分步外延和分子束外延幾種較新的外延技術(shù)。對(duì)在集成電路制造中常見的外延工藝做了概述。對(duì)硅外延工藝，介紹了其典型外延裝置，包括了臥式外延反應(yīng)器裝置、立式外延反應(yīng)器裝置和桶式外延反應(yīng)器裝置；以氫氣還原四氯化硅的典型臥式外延反應(yīng)器裝置為例進(jìn)行了設(shè)備介紹，該設(shè)備包含了氣體控制裝置（氣體純化裝置、硅化物源〈純硅化物源和含雜硅化物源〉、控制管道及裝置等）、高（射）頻加熱裝置（高〈射〉頻感應(yīng)信號(hào)爐、可通冷卻水的銅感應(yīng)線圈、靠產(chǎn)生渦流加熱的石墨基座）、測(cè)溫裝置及石英管構(gòu)成的反應(yīng)器；對(duì)硅外延可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了討論，包括氫氣還原法中的四氯化硅氫氣還原法、三氯氫硅氫氣還原法以及熱分解法中的二氯氫硅熱分解法、硅烷熱分解法。對(duì)砷化鎵外延工藝，主要介紹了三類外延方法中常見的氣相外延工藝和液相外延工藝，在氣相外延工藝中，討論了鹵化物外延工藝和氫化物外延工藝；在液相外延工藝中，介紹了液相外延應(yīng)注意的幾個(gè)問題、介紹了液相外延生長(zhǎng)系統(tǒng)（水平生長(zhǎng)系統(tǒng)和垂直生長(zhǎng)系統(tǒng)），由于水平生長(zhǎng)系統(tǒng)較為常用，所以重點(diǎn)介紹了各種水平液相生長(zhǎng)系統(tǒng)。課程難點(diǎn)：外延的定義、外延技術(shù)的定義、外延層的定義。在外延分類中，按外延材料不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按器件制作的層次不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按外延外延層與襯底材料相同或不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按外延生長(zhǎng)環(huán)境狀態(tài)不同分類時(shí)所包含的種類及其定義；按外延生長(zhǎng)機(jī)構(gòu)不同分類時(shí)所包含的種類及其定義。外延技術(shù)解決了半導(dǎo)體集成電路制造中哪些難題？是如何解決的。對(duì)于半導(dǎo)體集成電路制造中常見的外延技術(shù)，關(guān)于硅外延技術(shù)的典型生長(zhǎng)裝置、裝置中的主要組成部分、外延中區(qū)別兩類方式（氫氣還原方式、熱分解方式）可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)；關(guān)于砷化鎵外延技術(shù)的兩種外延類型、氣相外延工藝中的兩種外延方法（鹵化物外延工藝、氫化物外延工藝）各自的工藝過程和化學(xué)反應(yīng)狀況、液相外延工藝中應(yīng)注意的問題和幾種實(shí)際外延系統(tǒng)的外延原理?；靖拍睿?外延-在一定條件下，通過一定方法獲得所需原子，并使這些原子有規(guī)則地排列在襯底上；在排列時(shí)控制有關(guān)工藝條件，使排列的結(jié)果形成具有一定導(dǎo)電類型、一定電阻率、一定厚度。晶格完美的新單晶層的過程。2硅外延-生長(zhǎng)硅外延層的外延生長(zhǎng)過程。3砷化鎵外延-生長(zhǎng)砷化鎵外延層的外延生長(zhǎng)過程。4同質(zhì)外延-生長(zhǎng)的外延層材料與襯底材料結(jié)構(gòu)相同的外延生長(zhǎng)過程。5異質(zhì)外延-生長(zhǎng)的外延層材料與襯底材料結(jié)構(gòu)不同的外延生長(zhǎng)過程。6正外延-在（外延/襯底）結(jié)構(gòu)上制造器件時(shí)器件制造在外延層上的前期外延生長(zhǎng)過程。7負(fù)外延（反外延）-在（外延/襯底）結(jié)構(gòu)上制造器件時(shí)器件制造在襯底上的前期外延生長(zhǎng)過程。8液相外延-襯底片的待生長(zhǎng)面浸入外延生長(zhǎng)的液體環(huán)境中生長(zhǎng)外延層的外延生長(zhǎng)過程。9氣相外延-在含有外延生長(zhǎng)所需原子的化合物的氣相環(huán)境中，通過一定方法獲取外延生長(zhǎng)所需原子，使其按規(guī)定要求排列而生成外延層的外延生長(zhǎng)過程。10分子束外延-在高真空中，外延生長(zhǎng)所需原子（無中間化學(xué)反應(yīng)過程）由源直接轉(zhuǎn)移到待生長(zhǎng)表面上，按規(guī)定要求排列生成外延層的外延生長(zhǎng)過程。11直接外延-整個(gè)外延層生長(zhǎng)中無中間化學(xué)反應(yīng)過程的外延生長(zhǎng)過程。12間接外延-外延所需的原子由含其基元的化合物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)得到，然后淀積、加接形成外延層的外延生長(zhǎng)過程。13外延層-由原始襯底表面起始，沿其結(jié)晶軸向（垂直于襯底表面的方向）平行向外延伸所生成的新單晶層。14外延技術(shù)-生長(zhǎng)外延層的技術(shù)?；疽螅毫私馔庋蛹夹g(shù)解決了半導(dǎo)體分離器件和集成電路制造中存在的哪些難題？為什么說外延技術(shù)解決了器件參數(shù)對(duì)材料要求的矛盾、是什么矛盾、如何解決的？為什么說外延技術(shù)提供了集成電路隔離的一種方法、什么方法？為什么說外延技術(shù)為發(fā)光器件、光學(xué)器件的異質(zhì)結(jié)形成提供了途徑？要求知道外延技術(shù)是如何分類的、各種分類中的外延是如何定義的？要求能大致了解較新的外延技術(shù)。要求清楚的知道在集成電路制造中常用的硅外延工藝的典型外延裝置和外延過程中的所有可能的化學(xué)反應(yīng)；要求清楚的知道在集成電路制造中常用于砷化鎵外延工藝中的液相外延的注意事項(xiàng)及液相外延反應(yīng)系統(tǒng)、氣相外延的兩種外延工藝及其外延過程中的所有化學(xué)反應(yīng)?！?.2四氯化硅氫氣還原法外延原理4.5學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：§2.2.1四氯化硅的氫氣還原法外延生長(zhǎng)過程1化學(xué)原理四氯化硅的氫氣還原機(jī)理1.1.1為吸熱反應(yīng)1.1.2伴有有害副反應(yīng)1.1.3整個(gè)反應(yīng)過程分兩步進(jìn)行1.2反應(yīng)步驟分析1.2.1四氯化硅質(zhì)量轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng)層表面1.2.2四氯化硅在生長(zhǎng)層表面被吸附1.2.3在生長(zhǎng)層表面上四氯化硅與氫氣反應(yīng)1.2.4副產(chǎn)物的排除1.2.5硅原子在生長(zhǎng)層表面的加接2{111}面硅外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理2.1晶核的形成2.1.1結(jié)晶學(xué)核化理論2.1.2共價(jià)鍵理論2.2結(jié)晶體的形成2.2.1晶核沿六個(gè)[110]向和六個(gè)[112]向擴(kuò)展2.2.2（111）面上的結(jié)晶體是六棱形的2.2.3（111）面上的六棱形結(jié)晶體是非對(duì)稱的2.3生長(zhǎng)面的平坦擴(kuò)展§2.2.2外延系統(tǒng)及外延生長(zhǎng)速率外延系統(tǒng)的形態(tài)1.1外延系統(tǒng)的流體形態(tài)1.1.1流體的連續(xù)性1.1.2流體的粘滯性1.2流體的兩種流動(dòng)形態(tài)1.2.1流體的紊流態(tài)1.2.2流體的層流態(tài)1.3流體形態(tài)判據(jù)及外延系統(tǒng)中的流體流形1.3.1平板雷諾數(shù)1.3.2流體流形判定1.3.3外延系統(tǒng)中的流體形態(tài)2外延系統(tǒng)中的附面層概念2.1速度附面層2.1.1實(shí)際外延系統(tǒng)近似2.1.2速度附面層定義2.1.3速度附面層的厚度表達(dá)式2.2質(zhì)量附面層2.2.1質(zhì)量附面層定義2.2.2質(zhì)量附面的厚度表達(dá)式3外延生長(zhǎng)速率3.1外延生長(zhǎng)模型的建立3.2外延生長(zhǎng)速率3.2.1外延生長(zhǎng)速率的表達(dá)式3.2.2兩種極限條件下的外延生長(zhǎng)速率4影響外延生長(zhǎng)速率的諸因素4.1與溫度的關(guān)系4.1.1化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)與溫度的關(guān)系4.1.2氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)與溫度的關(guān)系4.1.3實(shí)際外延溫度的選擇4.2與反應(yīng)劑濃度的關(guān)系4.3與氣體流量的關(guān)系4.4與襯底片位置量的關(guān)系5改善外延生長(zhǎng)前后不均勻的工藝措施5.1適當(dāng)增大混合氣體的流量5.2使基座相對(duì)氣流傾斜一小角度課程重點(diǎn)：本節(jié)以四氯化硅的氫氣還原法外延生長(zhǎng)作為重點(diǎn)，討論了在{111}面上進(jìn)行硅外延的所有化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和結(jié)晶生長(zhǎng)原理。根據(jù)分析可知：整個(gè)外延過程實(shí)際上是外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)過程與外延生長(zhǎng)的結(jié)晶過程的連續(xù)地、不斷地、重復(fù)進(jìn)行的綜合過程。本節(jié)討論了外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)原理。由化學(xué)反應(yīng)方程式分析可知：四氯化硅的氫氣還原反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，只有當(dāng)外延生長(zhǎng)溫度大于一千度時(shí)，才有明顯的化學(xué)反應(yīng)速率，才不影響外延生長(zhǎng)的進(jìn)行；四氯化硅的氫氣還原反應(yīng)伴有若干副反應(yīng)，這些副反應(yīng)是指反應(yīng)劑四氯化硅和反應(yīng)副產(chǎn)物氯化氫對(duì)生長(zhǎng)層（襯底）的腐蝕反應(yīng)，副反應(yīng)的存在和加強(qiáng)顯然會(huì)影響和嚴(yán)重影響外延生長(zhǎng)速率，本節(jié)介紹了這些影響、并對(duì)保正外延向正方向進(jìn)行提出了調(diào)控措施；由對(duì)化學(xué)反應(yīng)模式分析可知：外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)過程是由兩步完成的，其基于化學(xué)反應(yīng)的分子碰撞理論。本節(jié)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)步驟進(jìn)行了分析，它包含了反應(yīng)劑四氯化硅由氣相向生長(zhǎng)層表面的質(zhì)量轉(zhuǎn)移、反應(yīng)劑四氯化硅在生長(zhǎng)層表面被吸附、在生長(zhǎng)層表面反應(yīng)劑四氯化硅與還原劑氫氣反應(yīng)、反應(yīng)生成的副產(chǎn)物的排出和反應(yīng)生成的高能、游離態(tài)硅原子的淀積、加接等若干過程，而高能、游離態(tài)硅原子的如何淀積、加接是外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理。本節(jié)介紹了外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)過程和結(jié)晶學(xué)原理，其結(jié)晶學(xué)過程是由化學(xué)反應(yīng)獲得的高能、游離態(tài)硅原子→淀積于襯底表面上→在表面上移動(dòng)希望按襯底晶格加接→首先形成若干分立的（具有原子〈雙層原子面-不可分割〉厚度的）晶核→隨其它硅原子在晶核上加接、晶核擴(kuò)大→形成若干分立（非對(duì)稱六棱形的）結(jié)晶體→隨其它硅原子在結(jié)晶體上加接、結(jié)晶體擴(kuò)大→若干分立的結(jié)晶體連成一片→形成一層（具有原子厚度的）新單晶層→再在新單晶層形成若干分立的（具有原子厚度的）晶核→再晶核擴(kuò)大→…→形成一定厚度的外延新單晶層；基于上述外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)過程本節(jié)就為什么首先形成晶核、形成的晶核為什么是分立的、形成晶核的理論、如何由晶核形成結(jié)晶體、結(jié)晶體形成受到的結(jié)晶學(xué)上的限制、為什么在{111}面上的結(jié)晶體是非對(duì)稱六棱形的等等結(jié)晶學(xué)問題和原理進(jìn)行了討論。本節(jié)還對(duì)外延系統(tǒng)及外延生長(zhǎng)速率進(jìn)行了介紹和討論。關(guān)于外延生長(zhǎng)系統(tǒng)，對(duì)典型的臥式外延生長(zhǎng)反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行了形態(tài)討論，指出外延生長(zhǎng)反應(yīng)系統(tǒng)是一個(gè)流體系統(tǒng)、介紹了流體的兩個(gè)性質(zhì)、給出了流體的兩種流動(dòng)形態(tài)、流體形態(tài)判據(jù)和判定、以及對(duì)實(shí)際外延系統(tǒng)中的流體形態(tài)進(jìn)行了討論，在本部分討論中涉及了部分流體力學(xué)的內(nèi)容。為了更好的討論外延生長(zhǎng)速率，本節(jié)還給出了附面層的概念，由于流體的粘滯性而導(dǎo)致外延基座上方的流體流速存在變速的區(qū)域，由此引入了速度附面層的概念，同時(shí)給出了速度附面層的厚度表達(dá)式；由于速度附面層的存在，導(dǎo)致外延基座上方的極小區(qū)域內(nèi)存在反應(yīng)劑濃度的變化，由此引入了質(zhì)量附面層的概念，同時(shí)給出了質(zhì)量附面層的厚度表達(dá)式。在外延生長(zhǎng)速率的討論中，建立了外延生長(zhǎng)模型、由模型討論得到了外延生長(zhǎng)速率的表達(dá)式、對(duì)外延生長(zhǎng)速率的表達(dá)式進(jìn)行了極限分析；討論了影響外延生長(zhǎng)速率的溫度因素、反應(yīng)劑濃度因素、混合氣體流量因素、以及在外延生長(zhǎng)系統(tǒng)中，襯底片位置量的變化外延生長(zhǎng)速率的影響；為了改善外延生長(zhǎng)前后不均勻的現(xiàn)象，本節(jié)給出了兩個(gè)工藝措施。課程難點(diǎn)：首先要對(duì)外延生長(zhǎng)過程有一個(gè)整體的概念。在{111}面上進(jìn)行四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)原理，其反應(yīng)過程、反應(yīng)中的狀態(tài)、反應(yīng)中的步驟、化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)和副反應(yīng)（包含逆反應(yīng)）。四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理，其外延生長(zhǎng)的結(jié)晶過程、結(jié)晶學(xué)的成核理論（結(jié)晶學(xué)理論和共價(jià)鍵理論）、晶核擴(kuò)展理論、結(jié)晶體的形成、結(jié)晶體擴(kuò)展理論、以及外延層的厚度長(zhǎng)成和平坦擴(kuò)展理論。實(shí)際臥式外延反應(yīng)系統(tǒng)的分析，為流體系統(tǒng)、具有流體的兩個(gè)特性、流體的兩種流動(dòng)形態(tài)、流體流形的判據(jù)和判定、實(shí)際外延系統(tǒng)的流體流形。外延生長(zhǎng)系統(tǒng)中兩個(gè)附面層的定義、表達(dá)式及對(duì)外延生長(zhǎng)的指導(dǎo)意義。外延模型的建立、理解和分析；外延模型對(duì)推導(dǎo)外延生長(zhǎng)速率的指導(dǎo)意義；應(yīng)用外延生長(zhǎng)速率簡(jiǎn)化表達(dá)式的極限條件分析；影響外延生長(zhǎng)速率的各種因素討論及分析。基本概念：1外延生長(zhǎng)過程-外延化學(xué)反應(yīng)過程與外延結(jié)晶過程的連續(xù)、不斷、重復(fù)進(jìn)行的全過程。2歧化特性-指一種物質(zhì)在同一個(gè)反應(yīng)中既起氧化劑的作用又起還原劑作用的性質(zhì)。3歧化反應(yīng)-符合歧化特性的化學(xué)反應(yīng)。4表面吸附-指固體表面對(duì)氣相物質(zhì)的吸引、固定。5流體的粘滯性-當(dāng)流體饒流固體表面時(shí)，由于分子（原子）間的作用力（吸引力），使原來等速流進(jìn)的流體在固體表面上方出現(xiàn)非等速流進(jìn)的的現(xiàn)象，稱為粘滯現(xiàn)象；流體的這種性質(zhì)稱為粘滯性。6流體的連續(xù)性-指流體是由無數(shù)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的微團(tuán)構(gòu)成，在自然界無間斷點(diǎn)的性質(zhì)。7流體的紊流態(tài)-指流體中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的微團(tuán)運(yùn)動(dòng)處于雜亂無章的狀態(tài)，也稱湍流態(tài)。8流體的層流態(tài)-指流體中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的微團(tuán)運(yùn)動(dòng)有序，形成彼此互不干擾的流線（流層）的狀態(tài)。9速度附面層-由于流體的粘滯作用，而使外延平板基座上方流體流速分布受到干擾的區(qū)域。由于該區(qū)域中的流體流速滯慢于層外，也稱為滯流層。10質(zhì)量附面層-外延平板基座上方、速度附面層內(nèi)，反應(yīng)劑濃度（質(zhì)量）有較大變化的區(qū)域。11反應(yīng)劑的氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)-單位時(shí)間內(nèi)，由氣相到達(dá)單位面積表面的反應(yīng)劑粒子數(shù)。12自摻雜效應(yīng)——指在外延過程中，氣氛對(duì)襯底表面的腐蝕而使主氣流中雜質(zhì)濃度起變化，從而造成前、后硅片的摻雜濃度不同的現(xiàn)象?；疽螅菏熘庋由L(zhǎng)過程的定義，知道外延生長(zhǎng)過程是由外延化學(xué)反應(yīng)過程與外延結(jié)晶過程的連續(xù)、不斷、重復(fù)進(jìn)行構(gòu)成的。知道在{111}面上進(jìn)行四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)原理，其反應(yīng)過程、反應(yīng)中的狀態(tài)、反應(yīng)中的步驟、化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)和副反應(yīng)（包含逆反應(yīng)）；知道化學(xué)反應(yīng)的副反應(yīng)（包含逆反應(yīng)）對(duì)外延生長(zhǎng)的不利影響，以及是如何影響的；清楚為什么該外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)不能一步進(jìn)行，而兩步進(jìn)行的可能性更大；清楚最可能的第二步反應(yīng)是歧化反應(yīng)，歧化反應(yīng)是如何定義的；清楚的知道外延生長(zhǎng)的化學(xué)反應(yīng)步驟，知道每一步的具體內(nèi)容；清楚副產(chǎn)物不能及時(shí)排出系統(tǒng)對(duì)外延帶來得弊端。知道四氯化硅的氫氣還原外延生長(zhǎng)的結(jié)晶學(xué)原理，了解其外延生長(zhǎng)的結(jié)晶過程，是如何由化學(xué)反應(yīng)得到的高能、游離態(tài)硅原子通過加接而形成一層外延層完美表面的，而一定厚度的外延層是如何獲得的；知道結(jié)晶學(xué)的成核理論，從結(jié)晶學(xué)理論是如何根據(jù)原子團(tuán)半徑來決定成核條件的、從共價(jià)鍵理論又是如何表明單原子直接加接和雙原子同時(shí)加接不能形成穩(wěn)定晶核的，而形成穩(wěn)定晶核至少需要三個(gè)或三個(gè)以上的原子同時(shí)加接；清楚晶核擴(kuò)展理論，知道為什么在晶核上單原子直接加接和雙原子同時(shí)加接均能形成穩(wěn)定的加接，而使晶核得到擴(kuò)展；知道結(jié)晶體的形成、結(jié)晶體擴(kuò)展理論，清楚為什么由于原子在晶核上加接、沿六個(gè)[110]向和六個(gè)[112]向擴(kuò)展的結(jié)果是形成六棱結(jié)晶體，而且該六棱結(jié)晶體還是非對(duì)稱的；知道外延層的平坦擴(kuò)展理論和厚度長(zhǎng)成理論，即知道為什么不會(huì)在沒長(zhǎng)平的外延層表面上形成新的晶核，知道外延生長(zhǎng)結(jié)晶過程重復(fù)不斷進(jìn)行即可獲得所要求厚度的外延層。知道外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)原理，即由此進(jìn)行外延系統(tǒng)分析和外延模型的建立、分析，從而得到外延生長(zhǎng)速率表達(dá)式。關(guān)于外延系統(tǒng)分析，知道為什么實(shí)際外延生長(zhǎng)系統(tǒng)是一個(gè)流體系統(tǒng)，流體具有的粘滯性和連續(xù)性的具體含義及對(duì)外延過程的指導(dǎo)意義；知道流體可能存在的兩種流動(dòng)形態(tài)，清楚哪一種流動(dòng)形態(tài)是外延工藝所希望的，而實(shí)際外延系統(tǒng)中的流動(dòng)形態(tài)是怎樣的；關(guān)于外延系統(tǒng)中的附面層概念，知道為什么要引入速度附面層概念，速度附面層是如何定義的，速度附面層的厚度表達(dá)式；知道為什么要引入質(zhì)量附面層概念，質(zhì)量附面層是如何定義的，為什么說是質(zhì)量附面層是由于速度附面層的存在而出現(xiàn)的，質(zhì)量附面層的厚度表達(dá)式，為什么說是質(zhì)量附面層厚度是速度附面層厚度的函數(shù)。關(guān)于外延模型的建立、分析和外延生長(zhǎng)速率，能夠根據(jù)實(shí)際外延生長(zhǎng)系統(tǒng)建立可用的外延生長(zhǎng)模型，其中有可分析的外延層次關(guān)系，能夠通過分析討論得到外延生長(zhǎng)速率表達(dá)式；清楚在什么極限條件下可采用不同的簡(jiǎn)化外延生長(zhǎng)速率表達(dá)式；知道影響外延生長(zhǎng)速率的各種工藝因素，以及它們是如何對(duì)外延生長(zhǎng)速率造成影響的；對(duì)外延生長(zhǎng)的前后不均勻性，能夠采取適當(dāng)工藝措施克服之?！?.3外延輔助工藝1學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1氯化氫拋光工藝拋光目的氯化氫拋光工藝1.2.1氯化氫拋光方法1.2.2氯化氫拋光步驟1.3腐蝕反應(yīng)和腐蝕速率1.3.1腐蝕反應(yīng)1.3.2有關(guān)腐蝕速率1.4討論1.4.1腐蝕速率與氯化氫氣體分壓有關(guān)1.4.2腐蝕速率與溫度關(guān)系不明顯1.4.3在一定溫度下，應(yīng)用氯化氫氣體分壓有最大值限制1.4.4有關(guān)其它拋光工藝2外延摻雜工藝2.1摻雜工藝原理2.1.1外延摻雜是與外延同時(shí)進(jìn)行的2.1.2摻雜動(dòng)力學(xué)原理2.2外延層中的摻雜濃度2.3摻雜方法2.3.1液相摻雜2.3.2氣相摻雜課程重點(diǎn)：本節(jié)介紹了外延輔助工藝，包括外延生長(zhǎng)前的對(duì)襯底表面常用的氯化氫拋光工藝和為了保證外延層所要求的電性能而進(jìn)行的外延摻雜工藝。關(guān)于氯化氫拋光工藝，主要介紹了對(duì)襯底表面進(jìn)行拋光處理的必要性以及拋光達(dá)到的目的；重點(diǎn)討論了工藝，其中涉及了氯化氫拋光的方法和氯化氫拋光的工藝步驟；對(duì)氯化氫拋光的腐蝕反應(yīng)和腐蝕速率進(jìn)行了較詳細(xì)的分析；最后，對(duì)氯化氫拋光的腐蝕速率與各種因素的關(guān)系進(jìn)行了討論；還強(qiáng)調(diào)指出氯化氫拋光工藝是一種氣相化學(xué)拋光，除了氯化氫氣氛外，其它如溴化氫、碘化氫、三氯乙烯、六氟化硫及溴氣等也可以作為拋光氣氛-這就形成了其它拋光工藝。關(guān)于外延摻雜工藝，首先介紹了半導(dǎo)體集成電路制造對(duì)外延層的電性要求；介紹了外延摻雜原理；重點(diǎn)討論了外延層中的摻雜濃度，討論中，首先建立了摻雜模型，根據(jù)對(duì)模型的分析，得到了與反應(yīng)劑氣體分壓和摻雜劑氣體分壓有關(guān)的摻雜濃度表達(dá)式；介紹了液相摻雜和氣相摻雜兩種摻雜方法，并指出了它們各自的控制摻雜手段。課程難點(diǎn)：氯化氫拋光工藝中，通過拋光是如何可以達(dá)到高潔凈的、無損傷的、新鮮的待生長(zhǎng)表面的；氯化氫拋光步驟中各步的工藝控制條件；化學(xué)氣相拋光的溫度控制特點(diǎn)；拋光腐蝕速率表達(dá)式用外延生長(zhǎng)速率表達(dá)式表達(dá)時(shí)，式中各因子的含義發(fā)生了什么變化；腐蝕速率在低蝕率和高蝕率時(shí)的極限分析及在中等蝕率時(shí)的表達(dá)式分析；實(shí)際工藝中，氯化氫氣體分壓的選擇。在外延摻雜工藝中，注意 其摻雜原理與一般的合金摻雜和擴(kuò)散摻雜有不同處，雜質(zhì)是在外延過程中加入到外延層晶格點(diǎn)陣上的；由于摻雜與外延同時(shí)進(jìn)行，則摻雜動(dòng)力學(xué)原理與外延動(dòng)力學(xué)原理極其相似，只不過雜質(zhì)在加入到外延層晶格點(diǎn)陣上后，有一個(gè)離化的事實(shí)；外延摻雜模型的建立和分析，注意單位時(shí)間內(nèi)，由于摻雜而導(dǎo)致的摻雜劑粒子流密度的消耗既與外延層中的摻雜濃度有關(guān)、又與外延生長(zhǎng)速率有關(guān)；有關(guān)液相摻雜和氣相摻雜兩種摻雜方法的對(duì)比、各自對(duì)摻雜濃度工藝控制等?；疽螅毫私庥蓲伖夤に嚭屯庋訐诫s工藝構(gòu)成的外延輔助工藝。對(duì)氯化氫拋光工藝，要求清楚的知道采用拋光工藝的目的；氯化氫拋光工藝的工藝方法，掌握氯化氫拋光的工藝步驟，知道氯化氫拋光工藝與外延工藝是在一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)中、并且氯化氫拋光工藝與外延生長(zhǎng)工藝可連續(xù)不間斷進(jìn)行；了解氯化氫拋光是化學(xué)氣相拋光，掌握其腐蝕反應(yīng)控制條件；應(yīng)知道氯化氫拋光工藝中的化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上是外延生長(zhǎng)反應(yīng)的逆反應(yīng)，因此，拋光腐蝕速率表達(dá)式可用外延生長(zhǎng)速率表達(dá)式描述，但應(yīng)清楚同一個(gè)式子表達(dá)的意思是完全不同的；了解在低蝕率和高蝕率時(shí)的極限條件下，拋光腐蝕速率與氯化氫氣體分壓的不同關(guān)系；應(yīng)掌握實(shí)際氯化氫拋光工藝的氯化氫氣體分壓的選擇。對(duì)于外延摻雜工藝，應(yīng)知道半導(dǎo)體集成電路制造對(duì)外延層的電性要求，即具有準(zhǔn)確的導(dǎo)電類型、具有精確的電阻率；知道如何選擇外延摻雜的摻雜劑；清楚外延摻雜原理，從動(dòng)力學(xué)原理能分析摻雜與外延的相同處和不同處；能建立起外延摻雜模型，并對(duì)該模型進(jìn)行正確的分析討論，從而得到外延摻雜濃度表達(dá)式；能清楚的知道液相摻雜和氣相摻雜兩種摻雜方法各自的特點(diǎn)，當(dāng)使用它們摻雜時(shí)，各自對(duì)摻雜濃度的工藝控制?！?.4外延層質(zhì)量參數(shù)及檢測(cè)簡(jiǎn)介0.5學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1外延層質(zhì)量參數(shù)1.1外延層電阻率ρepi1.2外延層的雜質(zhì)濃度分布1.3外延層厚度1.4少數(shù)載流子壽命1.5外延層中的缺陷1.5.1表面缺陷1.5.2體內(nèi)缺陷2外延層質(zhì)量參數(shù)的檢驗(yàn)2.1ρepi的檢驗(yàn)2.1.1三探針法測(cè)ρepi-對(duì)（外延層/襯底）導(dǎo)電類型相同者2.1.2四探針法測(cè)ρepi-對(duì)（外延層/襯底）導(dǎo)電類型相異者2.2用電容-電壓法測(cè)外延層中的雜質(zhì)濃度分布2.3外延層厚度檢驗(yàn)2.3.1可用的方法2.3.2用層錯(cuò)法測(cè)量外延層厚度2.4外延層中的缺陷檢驗(yàn)2.4.1采用顯微觀測(cè)法檢驗(yàn)表面缺陷2.4.2采用先化學(xué)腐蝕、后顯微觀測(cè)法檢驗(yàn)體內(nèi)缺陷課程重點(diǎn)：本節(jié)簡(jiǎn)單介紹了外延層質(zhì)量參數(shù)及外延層質(zhì)量參數(shù)的檢驗(yàn)。關(guān)于外延層質(zhì)量參數(shù)介紹了外延層電阻率、外延層中的雜質(zhì)濃度分布、外延層厚度、外延層中的少數(shù)載流子壽命、外延層中的缺陷五類；關(guān)于外延層質(zhì)量參數(shù)的檢驗(yàn)，給出了除少數(shù)載流子壽命檢驗(yàn)之外的四類、八種檢測(cè)方法。課程難點(diǎn)：注意外延層電阻率ρepi以及與外延層中摻入雜質(zhì)總量的關(guān)系，在何條件下可認(rèn)為與雜質(zhì)濃度有關(guān)；注意外延層中的雜質(zhì)濃度分布，以及理想時(shí)其分布應(yīng)為常量分布，而實(shí)際上在兩個(gè)界面附近應(yīng)為變化分布的特點(diǎn)；注意外延層厚度，以及厚度的選擇決定于制造不同晶體管和集成電路外延層厚度的要求；注意外延層中少數(shù)載流子壽命，以及它與外延層中非需要雜質(zhì)含量的關(guān)系；注意外延層中的缺陷、以及缺陷的類型，特別是體內(nèi)缺陷（結(jié)構(gòu)缺陷）位錯(cuò)和層錯(cuò)的特點(diǎn)。關(guān)于各類質(zhì)量參數(shù)的測(cè)量方法，以及它們的專一性和對(duì)應(yīng)性?；疽螅阂笫熘庋訉拥馁|(zhì)量參數(shù)，包括外延層電阻率ρepi，以及與外延層中摻入雜質(zhì)總量的關(guān)系，在認(rèn)為外延層中摻雜濃度恒定條件下，可認(rèn)為與摻入雜質(zhì)濃度有關(guān)；要求了解外延層中的雜質(zhì)濃度分布，知道一般把界面看作是理想界面時(shí)，認(rèn)為外延層中的雜質(zhì)濃度分布為恒定值，而實(shí)際上在界面附近由于存在雜質(zhì)的流入或流出，使界面附近的雜質(zhì)濃度分布不為恒定值；要求知道在選擇外延層厚度時(shí)，如何考慮不同的晶體管制造和不同的集成電路制造對(duì)這一參數(shù)的要求；了解外延層中少數(shù)載流子壽命，以及它與外延層中非需要雜質(zhì)含量的關(guān)系；熟知外延層中的缺陷類型，知道外延層表面缺陷的種類、知道外延層體內(nèi)缺陷的種類，知道外延層體內(nèi)缺陷位錯(cuò)和層錯(cuò)各自的生長(zhǎng)或生成環(huán)境。要求熟知外延層的質(zhì)量參數(shù)的檢測(cè)，要求會(huì)使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈz驗(yàn)各種外延層的質(zhì)量參數(shù)?！?.5有關(guān)外延層層錯(cuò)0.5學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：1外延層層錯(cuò)外延層層錯(cuò)的形成模式外延層層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)外延層層錯(cuò)的腐蝕形貌1.3.1外延層層錯(cuò)是面缺陷1.3.2腐蝕時(shí)在缺陷處體現(xiàn)優(yōu)先腐蝕1.4幾點(diǎn)說明1.4.1層錯(cuò)的腐蝕形貌并非一定是完整圖形1.4.2層錯(cuò)的腐蝕形貌圖形可能大小不一1.4.3不同器件制造對(duì)層錯(cuò)密度的要求2外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因及對(duì)器件性能的影響2.1外延層層錯(cuò)產(chǎn)生原因2.1.1襯底的表面質(zhì)量2.1.2外延用的氣體純度2.1.3外延工藝條件控制2.1.4外延系統(tǒng)的清潔度2.2外延層層錯(cuò)對(duì)器件制造及參數(shù)的影響2.2.1雜質(zhì)沿層錯(cuò)有增強(qiáng)擴(kuò)散的作用2.2.2層錯(cuò)處易吸附雜質(zhì)2.2.3外延層層錯(cuò)影響器件制造的穩(wěn)定性和工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性課程重點(diǎn)：本節(jié)介紹了〈111〉向硅外延過程中形成的外延層層錯(cuò)，指出其形成模式為硅原子按層排列的次序發(fā)生錯(cuò)亂而導(dǎo)致的缺陷；對(duì)所討論的外延層層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，指出是以{111}面圍成的四面體結(jié)構(gòu)；由于外延層層錯(cuò)是面缺陷，其晶格鍵的失配僅發(fā)生在所圍成的三個(gè)面上（四面體內(nèi)是完美結(jié)構(gòu)、四面體外也是完美結(jié)構(gòu)），而化學(xué)腐蝕時(shí)在缺陷處導(dǎo)致優(yōu)先腐蝕，則對(duì)所討論的外延層層錯(cuò)的表面腐蝕形貌為三條槽溝圍城的正三角形；對(duì)外延層層錯(cuò)的表面腐蝕形貌作了兩點(diǎn)說明，其一是由于外延生長(zhǎng)時(shí)生長(zhǎng)速率可能不均勻，而導(dǎo)致某些層錯(cuò)面被淹沒，則腐蝕后的外延層層錯(cuò)的表面圖形形貌可能有不完整的，其二是外延層層錯(cuò)不一定都起始于襯底表面，則腐蝕后的外延層層錯(cuò)的表面圖形可能大小不一，但起始于襯底表面的外延層層錯(cuò)的表面圖形最大（如上一節(jié)介紹，利用該圖形進(jìn)行外延層厚度的測(cè)量）；給出了分離器件制造和集成電路制造對(duì)層錯(cuò)密度的要求。本節(jié)介紹了外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因及外延層層錯(cuò)的存在對(duì)器件性能的影響，指出凡是能產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)排原子的因素都是外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因，諸如襯底表面的質(zhì)量不合格、外延用的氣體純度不合格、外延時(shí)工藝條件控制出現(xiàn)失當(dāng)以及外延系統(tǒng)的清潔度達(dá)不到器件生產(chǎn)要求等，都將導(dǎo)致外延層的層錯(cuò)產(chǎn)生；對(duì)于外延層層錯(cuò)的存在對(duì)器件性能的影響，指出由于雜質(zhì)沿層錯(cuò)有增強(qiáng)擴(kuò)散的作用，對(duì)外延層層錯(cuò)穿過結(jié)的情況，將導(dǎo)致結(jié)的伏安特性曲線變軟、導(dǎo)致淺結(jié)器件的集電區(qū)與發(fā)射區(qū)的穿通，指出由于層錯(cuò)處易吸附雜質(zhì)的作用而導(dǎo)致電阻率的局部降落，還指出由于外延層層錯(cuò)存在的隨機(jī)性，將導(dǎo)致影響器件制造的穩(wěn)定性和工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性。課程難點(diǎn)：〈111〉向硅外延過程中形成的外延層層錯(cuò)，其形成模式與硅原子按層排列的次序發(fā)生錯(cuò)亂的關(guān)系；所討論的外延層層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)與以{111}面圍成的四面體結(jié)構(gòu)有如何的對(duì)應(yīng)關(guān)系；外延層層錯(cuò)的表面形貌與化學(xué)腐蝕時(shí)在外延層層錯(cuò)面的缺陷處導(dǎo)致優(yōu)先腐蝕的對(duì)應(yīng)關(guān)系；為什么外延生長(zhǎng)時(shí)的生長(zhǎng)速率的不均勻，可導(dǎo)致某些層錯(cuò)面被淹沒，而使外延層層錯(cuò)的表面圖形形貌出現(xiàn)不完整的圖形形貌，這些不完整的外延層層錯(cuò)的圖形形貌也是層錯(cuò)；為什么外延層層錯(cuò)不一定都起始于襯底表面可導(dǎo)致腐蝕后的外延層層錯(cuò)的表面圖形出現(xiàn)大小不一的狀況，如何理解起始于襯底表面的外延層層錯(cuò)的表面圖形最大這一事實(shí)；為什么分離器件制造和集成電路制造對(duì)層錯(cuò)密度的要求不同。關(guān)于外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因及外延層層錯(cuò)的存在對(duì)器件性能的影響。指為什么凡是能產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)排原子的因素都是外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因，在器件生產(chǎn)工藝中都有哪些因素；外延層層錯(cuò)的存在如何對(duì)器件性能造成影響，器件性能與雜質(zhì)沿層錯(cuò)有增強(qiáng)擴(kuò)散的作用以及層錯(cuò)處易吸附雜質(zhì)的作用有什么關(guān)系；為什么說由于外延層層錯(cuò)存在將影響器件制造的穩(wěn)定性和工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性?；疽螅阂罅私狻?11〉向硅外延過程中形成的外延層層錯(cuò)，清楚其形成模式為硅原子按層排列的次序發(fā)生錯(cuò)亂時(shí)而導(dǎo)致的缺陷；對(duì)所討論的外延層層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，清楚的知道是以{111}面圍成的四面體結(jié)構(gòu)；了解外延層層錯(cuò)是面缺陷，其晶格鍵的失配僅發(fā)生在所圍成的三個(gè)面上（四面體內(nèi)是完美結(jié)構(gòu)、四面體外也是完美結(jié)構(gòu)），而化學(xué)腐蝕時(shí)在缺陷處導(dǎo)致優(yōu)先腐蝕，則知道對(duì)所討論的外延層層錯(cuò)的表面形貌為三條槽溝圍城的正三角形；了解對(duì)外延層層錯(cuò)的表面腐蝕形貌作的兩點(diǎn)說明，知道由于外延生長(zhǎng)時(shí)生長(zhǎng)速率可能不均勻，而導(dǎo)致某些層錯(cuò)面被淹沒，則腐蝕后的外延層層錯(cuò)的表面圖形形貌可能有不完整的，還知道外延層層錯(cuò)不一定都起始于襯底表面，則腐蝕后的外延層層錯(cuò)的表面圖形可能大小不一，但起始于襯底表面的外延層層錯(cuò)的表面圖形最大，會(huì)利用該圖形進(jìn)行外延層厚度的測(cè)定；清楚的知道分離器件制造和集成電路制造對(duì)層錯(cuò)密度的要求有什么不同，而為什么集成電路制造對(duì)層錯(cuò)密度的要求更高。清楚外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因及外延層層錯(cuò)的存在對(duì)器件性能的影響。知道凡是能產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)排原子的因素都是外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的原因，能夠列舉導(dǎo)致外延層層錯(cuò)產(chǎn)生的所有因素，比如襯底表面的質(zhì)量不合格、外延用的氣體純度不合格、外延時(shí)工藝條件控制出現(xiàn)失當(dāng)以及外延系統(tǒng)的清潔度達(dá)不到器件生產(chǎn)要求等引起的外延層的層錯(cuò)產(chǎn)生；知道外延層層錯(cuò)的存在對(duì)器件性能的影響，了解外延層層錯(cuò)在工藝制造中可能產(chǎn)生影響原因，諸如雜質(zhì)沿層錯(cuò)有增強(qiáng)擴(kuò)散的作用，這對(duì)外延層層錯(cuò)穿過結(jié)的情況，將導(dǎo)致結(jié)的伏安特性曲線變軟、導(dǎo)致淺結(jié)器件的集電區(qū)與發(fā)射區(qū)的穿通；了解由于層錯(cuò)處易吸附雜質(zhì)的作用而導(dǎo)致電阻率的局部降落的原因；還必須知道由于外延層層錯(cuò)存在的隨機(jī)性，將導(dǎo)致影響器件制造的穩(wěn)定性和工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性的事實(shí)與原因。第二章外延工藝原理作業(yè)：思考題5個(gè)，習(xí)題5個(gè)第三章：氧化工藝（7學(xué)時(shí)）§3.1二氧化硅膜的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)3學(xué)時(shí)課程內(nèi)容：§3.1.1二氧化硅膜的結(jié)構(gòu)1二氧化硅膜的基本結(jié)構(gòu)單元2基本結(jié)構(gòu)單元的連接形式3二氧化硅的結(jié)構(gòu)形式分類3.1結(jié)晶形二氧化硅3.2無定形二氧化硅§3.1.2無定形二氧化硅的結(jié)構(gòu)及特征1無定形二氧化硅的結(jié)構(gòu)1.1結(jié)構(gòu)松散、存在不均勻不規(guī)則的結(jié)構(gòu)空隙1.2無定形二氧化硅中存在大量非橋聯(lián)氧原子2無定形二氧化硅的特征2.1無定形二氧化硅的密度小2.2無定形二氧化硅無固定熔點(diǎn)2.3無定形二氧化硅的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合強(qiáng)度弱2.4無定形二氧化硅中極易引入雜質(zhì)2.4.1本征無定形二氧化硅2.4.2非本征無定形二氧化硅3雜質(zhì)在二氧化硅中的作用3.1兩類雜質(zhì)的定義3.1.1網(wǎng)絡(luò)形成劑3.1.2網(wǎng)絡(luò)改變劑3.2網(wǎng)絡(luò)改變劑在二氧化硅中的作用3.2.1使非橋聯(lián)氧原子數(shù)目增加3.2.2影響器件電性能的可靠性及穩(wěn)定性3.3網(wǎng)絡(luò)形成劑在二氧化硅中的作用3.3.1網(wǎng)絡(luò)形成劑硼在二氧化硅中的作用3.3.2網(wǎng)絡(luò)形成劑磷在二氧化硅中的作用§3.1.3二氧化硅膜的性質(zhì)1二氧化硅膜的物理性質(zhì)1.1為無色透明的固體1.2熱膨脹系數(shù)小1.3軟化溫度為1500度1.4電阻率隨制備方法不同而異1.5介電強(qiáng)度大1.6折射率為1.461.7密度為(2.0-2.3)g/立方厘米1.8雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)隨雜質(zhì)不同而不同、隨溫度變化而變化2雜質(zhì)在二氧化硅中的擴(kuò)散2.1在雜質(zhì)進(jìn)入的區(qū)域形成玻璃相2.2混合玻璃相的作用3二氧化硅膜的化學(xué)性質(zhì)3.1化學(xué)穩(wěn)定性好3.2氫氟酸對(duì)二氧化硅有腐蝕反應(yīng)3.3二氧化硅有不良反應(yīng)4二氧化硅-硅界面特性4.1二氧化硅生成時(shí)對(duì)界面雜質(zhì)再分布的影響4.1.1雜質(zhì)在界面的分凝效應(yīng)4.1.2分凝效應(yīng)的描述4.1.3分凝效應(yīng)在工藝中的應(yīng)用4.2二氧化硅生成后對(duì)p型硅表面的反型效應(yīng)4.2.1實(shí)際器件中出現(xiàn)的反型結(jié)構(gòu)4.2.2器件結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)p型硅表面的反型的條件4.2.3器件表面的反型對(duì)器件性能的影響4.2.4控制反型溝道形成的措施課程重點(diǎn)：本節(jié)前強(qiáng)調(diào)了氧化過程是制備二氧化硅膜的過程；氧化工藝是制備二氧化硅膜的工藝；從工藝看，有熱生長(zhǎng)氧化工藝、低溫淀積氧化工藝以及其它氧化工藝；不同的氧化工藝方法所制備的二氧化硅膜的質(zhì)量不同，而二氧化硅膜的質(zhì)量將影響其掩蔽擴(kuò)散的能力、將影響器件的可靠性和穩(wěn)定性、將影響器件的電性能、將對(duì)器件的制造工藝有影響。為清楚二氧化硅膜的質(zhì)量，本節(jié)介紹了二氧化硅膜的結(jié)構(gòu)及二氧化硅膜的物理性質(zhì)、二氧化硅膜的化學(xué)性質(zhì)、二氧化硅膜掩蔽雜質(zhì)擴(kuò)散的性質(zhì)、二氧化硅-硅界面的性質(zhì)。關(guān)于二氧化硅膜的結(jié)構(gòu)，主要介紹了二氧化硅膜的基本結(jié)構(gòu)單元；由二氧化硅膜的基本結(jié)構(gòu)單元間連接構(gòu)成的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)，其中由于基本單元連接的不同，二氧化硅網(wǎng)絡(luò)又分為結(jié)晶形二氧化硅和無定形二氧化硅。對(duì)用于半導(dǎo)體器件制造中的無定形二氧化硅進(jìn)行了分析和特性分析，其中，對(duì)于無定形二氧化硅結(jié)構(gòu)指出：該二氧化硅結(jié)構(gòu)松散、存在不均勻不規(guī)則的結(jié)構(gòu)空隙、且存在大量非橋聯(lián)氧原子；對(duì)于無定形二氧化硅特性分析指出：無定形二氧化硅密度小、無定形二氧化硅無固定熔點(diǎn)、無定形二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)合強(qiáng)度弱和在無定形二氧化硅中極易引入雜質(zhì)；由含雜和不含雜，把無定形二氧化硅又分為本征無定形二氧化硅（不含雜的無定形二氧化硅）和非本征無定形二氧化硅（含雜的無定形二氧化硅）兩種。對(duì)于非本征無定形二氧化硅，首先指明雜質(zhì)是以雜質(zhì)氧化物的形式進(jìn)入二氧化硅中的，雜質(zhì)在二氧化硅中都是電離的，然后根據(jù)雜質(zhì)在二氧化硅中位置的不同定義了兩類雜質(zhì)并討論了它們的作用。對(duì)于兩類雜質(zhì)的定義指出：雜質(zhì)離子在二氧化硅中能取代硅離子位置的稱為網(wǎng)絡(luò)形成劑，雜質(zhì)離子在二氧化硅中僅占據(jù)網(wǎng)絡(luò)空隙的稱為網(wǎng)絡(luò)改變劑。對(duì)于兩類雜質(zhì)在二氧化硅中的作用指出：網(wǎng)絡(luò)改變劑多為金屬離子，它們?cè)诙趸柚械淖饔檬鞘咕W(wǎng)絡(luò)中非橋聯(lián)氧原子數(shù)目增加、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度變?nèi)?、金屬離子的可動(dòng)性使得器件的電性能不可靠和不穩(wěn)定；網(wǎng)絡(luò)形成劑多為三、五族的摻雜雜質(zhì)，它們?cè)诙趸柚械淖饔们∏∠喾?，即三族雜質(zhì)（硼）在二氧化硅中取代硅離子位置后，使非橋聯(lián)氧原子數(shù)目減少、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度變強(qiáng)、同時(shí)引入了負(fù)電離中心，而五族雜質(zhì)（磷）在二氧化硅中取代硅離子位置后，使非橋聯(lián)氧原子數(shù)目增加、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度變?nèi)?、同時(shí)引入了正電離中心。本節(jié)還介紹了二氧化硅膜的性質(zhì)。在物理性質(zhì)介紹中給出了二氧化硅膜的外部形態(tài)、熱膨脹性質(zhì)、軟化溫度、電阻率與制備工藝的關(guān)系、介電強(qiáng)度狀況、折射率、密度及雜質(zhì)在二氧化硅中的擴(kuò)散系數(shù)等八條性質(zhì)；在化學(xué)性質(zhì)介紹中，討論了二氧化硅膜化學(xué)穩(wěn)定性質(zhì)（不與絕大部分酸、堿起反應(yīng)）、二氧化硅膜的可加工性質(zhì)（僅氫氟酸能很好的腐蝕二氧化硅）和二氧化硅膜與金屬電極的不良反應(yīng)（在較高溫度下）。為了清楚二氧化硅掩蔽擴(kuò)散的作用，討論了雜質(zhì)在二氧化硅中的行為，指出：在有雜質(zhì)氧化物進(jìn)入的二氧化硅區(qū)域中形成混合玻璃相、由于混合玻璃相與二氧化硅邊界極其清晰-認(rèn)為是混合玻璃相限制了雜質(zhì)在二氧化硅中的運(yùn)動(dòng)速度（有屏蔽雜質(zhì)的能力）。結(jié)合實(shí)際工藝中的問題討論了二氧化硅-硅界面特性，其中包括雜質(zhì)在二氧化硅-硅界面的分凝效應(yīng)和二氧化硅中的電荷引起的p型硅表面的反型效應(yīng)。關(guān)于雜質(zhì)在二氧化硅-硅界面的分凝效應(yīng)，首先給出了分凝效應(yīng)的定義，進(jìn)而討論了如何描述分凝效應(yīng)，最后對(duì)分凝效應(yīng)在器件制造中的應(yīng)用作了介紹；關(guān)于二氧化硅中的電荷引起的p型硅表面的反型效應(yīng)，首先指出在二氧化硅-硅界面的二氧化硅中存在大量正電荷，這必然對(duì)p型硅表面具有削弱、耗盡和反型的作用，然后討論了實(shí)際器件中可能出現(xiàn)反型的結(jié)構(gòu)（包括npn和pnp兩種結(jié)構(gòu)），進(jìn)而給出了p型硅表面的反型條件（不滿足條件不反型），討論了器件的p型硅表面反型對(duì)性能帶來的影響，提出了控制使p型硅表面不反型的幾個(gè)工藝措施。課程難點(diǎn)：二氧化硅膜的質(zhì)量對(duì)哪些器件制造工藝及器件電性能有影響，