【正文】 ............................................................................................................................ 19 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 20 致 謝 ........................................................................................................................................ 21 第 1 章 緒 論 第 1章 緒 論 集成電路工藝技術(shù)概述 當(dāng)今的人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了信息時(shí)代 ， 信息技術(shù)的發(fā)展可謂是日新月異 ， 以一日千里這樣一個(gè)不可思議的速度向前飛速發(fā)展著 ， 這樣一個(gè)飛速發(fā)展的基石 ， 是集成電路芯片的制造 。 在我們的日常工作生活中 ， 像 DVD、 數(shù)字照相機(jī) 、 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等家庭 數(shù)碼電器 、個(gè)人通信設(shè)備 、 個(gè)人電腦以及互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展和普及 ， 己經(jīng)成為現(xiàn)代人類生活中必不可少的部分 ， 而這一切都離不開一個(gè)核心 芯片 ， 集成電路的出現(xiàn)是造成多媒體時(shí)代興起的主要原因 。 讓我們回顧一下整個(gè)集成電路的誕生過程 ， 在二十世紀(jì)初 ， 量子力學(xué)的誕生為半導(dǎo)體技術(shù)提供了理論基礎(chǔ) 。 1945 年 ， BELL 實(shí)驗(yàn)室成立了由肖克萊 、 巴丁和布萊頓三人組成的固體物理研究小組 ， 并于 1949 年由肖克萊提出了結(jié)型晶體管理論 。 1950 年 ， 結(jié)型晶體管制造成功 。 1959 年 ， 金屬 氧化物 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) (MOS)誕生 ， 人們以之為原型于 1962 年制成場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET)。 此后半導(dǎo)體器件類型越來越多 ， 如單結(jié)晶體管 ， 雙結(jié)晶體管等 。 上述種種器件及其工藝的迅猛發(fā)展 ， 促進(jìn)了集成電路 (IC)的誕生 。 1959 年 ，科爾申請(qǐng)了專利 ， 首度提出集成電路的思想 。 此后 ， 集成電路工藝便成為了主流 ， 并于 1968 年左右進(jìn)入大規(guī)模集成電路 (LSI)時(shí)代 、 此后 ， 隨著集成度的不斷提高 ， 從大規(guī)模集成電路 (LSI)到超大規(guī)模集成電路 (VLSI)時(shí)代 ， 直至當(dāng)今的甚大規(guī)模電路 (ULSI)， 集成電路工藝已進(jìn)入深亞微米階段 。 近年來 ， 隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展 ， 半導(dǎo)體晶片不斷地 朝小體積 !高電路密集度 、快速 、 低功耗方向發(fā)展 ， 集成電路現(xiàn)已進(jìn)入 ULS 亞微米級(jí)的技術(shù)階段 。 同時(shí)硅晶片直徑逐漸增大 ， 2021 年以后 ， 直徑 300mm 硅片成為主流產(chǎn)品 。 元件內(nèi)刻線寬度也由 縮減至 、 65nm 及 45nm 工藝也逐漸進(jìn)入量產(chǎn) ， 金屬層數(shù)由 5~6 層向更多層數(shù)的目標(biāo)邁進(jìn) ， 器件的尺寸也越來越小 ， 因此對(duì)硅晶片表面平整度的要求也隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展變得越來越高 。 隔離技術(shù)簡(jiǎn)介 現(xiàn)代的 CMOS 芯片通常在一塊普通的硅襯底材料上集成數(shù)以百萬計(jì)的有源器件 (即NMOS 晶體管和 PMOS 晶體管 )， 然后通過特定的連接實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能或模擬第 1 章 緒 論 功能 ， 而除了這些特定的功能以外 ， 在電路的設(shè)計(jì)過程中 ， 通常假設(shè)不同的器件之間一般是沒有其他的相互影響的 。 因此在集成電路制造中必須能夠把器件隔離開來 ， 這就需要隔離技術(shù) 。 最初的隔離技術(shù)采用了局部氧化 (Loeal oxidationor silicon， Loeos)工藝 ， 它具有制作簡(jiǎn)單的特點(diǎn) ，在 的工藝中被廣泛采用 。 然而由于這種工藝在隔離區(qū)會(huì)形成鳥嘴 ， 減少了有源區(qū)的有效長(zhǎng)度 ， 這就大大降低了器件的集成密度 。 因此隨著器件向深亞微米發(fā)展 ， 這種工藝 漸漸不能滿足各種性能技術(shù)上的要求 ， 這就出現(xiàn)了淺溝槽隔離 (STI)技術(shù) 。 淺溝槽隔離 (STI)方法實(shí)際上就是在硅襯底上位于不同有源器件之間的區(qū)域上刻蝕出溝槽 ， 然后再在這些溝槽中填入 2SiO 材料 。 這樣的器件隔離工藝可以完全消除局部氧化 (LOCOS)隔離工藝所特有的氧化層邊緣的鳥嚎形狀 ， 由此可以形成更小的器件隔離區(qū) 。 目前淺溝槽隔離主要采用高濃度等離子體 (High Density PlasmHDP)來淀積 2SiO 薄膜 。 由于 HDP 具有良好的填 充能力 ， 更好的淀積薄膜特性及更高的產(chǎn)量 ， 所以長(zhǎng)久以來 ， 它一直作為首選工藝 。第 2 章 隔離技術(shù)的原理 第 2章 隔離技術(shù)的原理 集成電路按照摩爾定律己經(jīng)發(fā)展了近 40 年 ， 時(shí)至今日進(jìn)入到深亞微米直至納米時(shí)代 。 集成電路發(fā)展的 40 年也是不斷發(fā)展用新技術(shù)解決隨著器件不斷縮小所帶來的各種各樣問題的 40 年 。 當(dāng)其特征線寬縮小到 微米以下乃至進(jìn)入納米階段后 ， 傳統(tǒng)的本征氧化隔離技術(shù)已不能適應(yīng)器件電氣特性及小尺寸的要求 ， 成為影響器件性能的制約因素 。 隔離技術(shù)的原理 所謂的 “ 隔離 ” 是指利用介質(zhì)材料或反向 PN 結(jié)等技術(shù)隔離集成電路的有源區(qū)器件 ，從而達(dá)到消除寄 生晶體管 ， 降低工作電容和抑制 Latch_up 的目的 。 傳統(tǒng)的本征氧化隔離技術(shù) (Locos)是利用光刻刻蝕技術(shù)在硅基板上的氮化硅上開出氧化窗口 ， 利用氮化硅的掩膜作用在大約 1000e 的高溫下對(duì)沒有氮化硅覆蓋的場(chǎng)區(qū)進(jìn)行氧化 。 氧化后氧化層表面將高出硅基板表面 ， 高度大約是氧化膜厚度的 55%， 形成一定程度的不平坦表面 ， 給后續(xù)工藝帶來不利影響 。 再者 ， 氧化生長(zhǎng)時(shí) ， 橫向的氧化生長(zhǎng)將向器件的有源區(qū)延伸 ， 形成所謂的 “ 鳥嘴 ” 現(xiàn)象 ，“ 鳥嘴 ” 的出現(xiàn) ， 不但占據(jù)了一定的有源區(qū)面積 ， 而且在極小尺寸下 ， 使得漏電流問題越來越突出 ， 極大地影響到器件 的性能 。 集成電路器件的特征尺寸進(jìn)入深亞微米時(shí)代后 ， 由于微細(xì)化和性能方面的影響 ， 一些傳統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)將不再適用 .傳統(tǒng)的本征氧化隔離技術(shù)由于漏電流 、 平化 、 高溫再分布等方面的原因 ， 將被淺溝隔離技術(shù)所取代 .硅集成電路進(jìn)入深亞微米時(shí)代后 ， 尺寸越來越小 ， 淺溝槽隔離 (STI)技術(shù)的作用顯的更加重要 ， 硅集成電路的設(shè)計(jì)和制造已無法離開淺溝槽隔離 (STI)技術(shù) 。 同時(shí) ， STI 隔離技術(shù)及工藝方法有了很大的發(fā)展 。 隔離技術(shù)的新發(fā)展 由于傳統(tǒng)的本征氧化隔離技術(shù) (LOCOS)的以上問題 ， 已不能適應(yīng)器件進(jìn)入到 微米特征尺寸后的要求 。 淺溝槽隔離技術(shù) STI(Shallow Trench Isolation)的出現(xiàn)正是適應(yīng)了這種要求 。 在第 4 章本文將重點(diǎn)介紹 STI 工藝 。第 3 章 隔離技術(shù)的工藝及發(fā)展 第 3章 隔離技術(shù) 的 工藝 及發(fā)展 在集成電路中包含電阻器、電容器、二極管、晶體管、熔斷器、導(dǎo)體等所有電路元器件。這些元器件都是以設(shè)計(jì)好的工藝流程按一定的次序形成的。一 般來 說，工藝流程的設(shè)計(jì)都是圍繞著晶體管進(jìn)行的。 電路的類型由晶體管的類型所決定。在半導(dǎo)體發(fā)展的前 30 年，一般采用雙極型的晶體管和雙極型的電路。雙極型的晶體管有較快的運(yùn)行速度（切換時(shí)間），還能控制漏電流。雙極型晶體管 的這些性質(zhì)恰好適用于邏輯電路、放大電路和轉(zhuǎn)換電路（這些都是半導(dǎo)體工業(yè)最早的產(chǎn)品）。 這些電路可以滿足不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)計(jì)算功能的需求。 隨后 MOS 晶體管產(chǎn)生。 MOS 元件的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在