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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