【正文】 第三章 集成電路制造工藝 第三章第三章 集成電路的核心是半導(dǎo)體器件 ,包括：電阻 ,電容 , 電感 , 二極管 , 三極管 , 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管 , MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管 ....... 特點(diǎn)： 不同類(lèi)型的半導(dǎo)體區(qū)域和它們之間一個(gè)或多個(gè) PN結(jié)組成半導(dǎo)體器件 生產(chǎn)工藝 的基本原理 根據(jù)電路設(shè)計(jì)要求，在半導(dǎo)體材料不同區(qū)域形成不同導(dǎo)電區(qū)域 (P型以及 N型 )進(jìn)而形成一個(gè)或多個(gè) PN結(jié) .第三章167。 硅平面工藝167。 氧化絕緣層工藝167。 擴(kuò)散摻雜工藝167。 光刻工藝167。 掩模制版技術(shù) 167。 外延生長(zhǎng)工藝167。 金屬層制備工藝167。 隔離工藝技術(shù)167。 CMOS集成電路工藝流程 主要內(nèi)容第三章階段一： 1950年，合金法制備的晶體管即合金管或臺(tái)面管。 半導(dǎo)體器件 工藝 技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段階段二： 為了能夠精確控制 PN結(jié)的位置以及寬度等， 1955年，發(fā)明擴(kuò)散技術(shù)，擴(kuò)散能夠精確控制。第三章階段三： 1960年， 硅平面工藝 是 半導(dǎo)體器件制造技術(shù)最重要的里程碑。綜合了 擴(kuò)散技術(shù) 和 二氧化硅掩膜技術(shù)二氧化硅能有效抑制大部分施主和受主雜質(zhì)的擴(kuò)散，可以選擇性地進(jìn)行擴(kuò)散 ，得到不同的 P(N)區(qū)域。第三章晶片 （ Wafer） ： 襯底硅片，也稱(chēng)為晶圓芯片 （ Chip）： 在晶片上經(jīng)制備出的晶體管或電路。同一晶片上可制備出成千上萬(wàn)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的 芯片。晶片尺寸越大技術(shù)難度就越高目前晶片尺寸在 150 ~ 300 mm ( 6~ 12 inch )相應(yīng)的生產(chǎn)線為 12 inch。 硅片第三章第三章第三章167。 氧化工藝氧化是平面工藝中最核心的技術(shù)之一。1957年，發(fā)現(xiàn) SiO2層具有阻止施主或受主雜質(zhì)向硅內(nèi)擴(kuò)散的作用， 掩蔽作用 。選擇性擴(kuò)散前均要進(jìn)行氧化，在晶片的表面生長(zhǎng)二氧化硅薄膜。 把不需擴(kuò)散的區(qū)域用一定厚度的 SiO2 保護(hù)起來(lái)。第三章216。 對(duì)擴(kuò)散雜質(zhì)起 掩蔽作用216。 可作為 MOS器件的絕緣層，柵極氧化層216。 用作集成電路中的 隔離 介質(zhì)和 絕緣 介質(zhì)。216。 作為集成電路中的 電容器介質(zhì) 。216。 對(duì)器件表面起 保護(hù)鈍化 作用。因半導(dǎo)體表面態(tài)對(duì)器件的影響非常大，采用氧化層保護(hù)可防止環(huán)境對(duì)器件的污染。 一 . SiO2 薄膜在集成電路中的作用第三章 SiO2 的基本性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)： 結(jié)晶型 (石英玻璃 ) 非晶態(tài)半導(dǎo)體器件生產(chǎn)所用的 SiO2 薄膜屬于 非晶態(tài) 結(jié)構(gòu)。物理性質(zhì) 惰性材料，在室溫相當(dāng)寬的范圍內(nèi)，性能十分穩(wěn)定；電阻率非常高，熱氧化的 SiO2 薄膜為 1015 歐姆 厘米， 是很好的絕緣材料，高介電常數(shù)。第三章二 . SiO2薄膜的生長(zhǎng)方法工藝 ：氧化熱氧化化學(xué)氣相沉積氧氣氧化氫氧合成氧化高壓氧化第三章熱氧化過(guò)程氧化前 氧化后第三章?干氧生成的 SiO2結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好，掩蔽能力強(qiáng)，與光刻膠粘附好等優(yōu)點(diǎn)? 干氧化速率慢，由于已生長(zhǎng)的 SiO2對(duì)氧有阻礙作用，氧化的速度會(huì)逐漸降低。O2Si（固體） + O2 → SiO2（固體）1. 干法氧化 將硅片置于通有 氧氣 的高溫環(huán)境內(nèi)，通過(guò)到達(dá)硅表面的氧原子與硅的作用發(fā)生反應(yīng)形成 SiO2。將石英管高溫加熱至 1000℃ 以上，通入氧氣。石英管加熱器硅片 石英舟氧氣法氧化： 干法氧化，濕法氧化第三章高溫下，硅與水汽和氧氣發(fā)生如下反應(yīng)：2. 濕法氧化 Si（固體） + 2H2O → SiO 2（固體） + 2H2 濕氧氧化速率快， 水的擴(kuò)散系數(shù)大于氧氣 。但致密度較差，與光刻膠的接觸不良。石英管高純水加熱器硅片 石英舟濕 O295度的去離子水第三章硅干法氧化濕法氧化干法氧化實(shí)際氧化工藝： 干氧化 濕氧化 干氧化第三章氫氧合成氧化 Si（固體） + 2H2O → SiO 2（固體） + 2H2 氧化速度快，避免濕法氧化中水蒸氣對(duì)器件帶來(lái)的污染，薄膜質(zhì)量好，純度高。第三章 CVD 把一種 (幾種 )元素的 氣體 共給基片，利用某種方式激活后，在襯底表面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沉積所需的固體薄膜。激活方式：加熱、等離子體、紫外光、激光等產(chǎn)生高溫多晶硅、氮化硅、氧化物、碳化物等多種無(wú)機(jī)薄膜制備氧化硅時(shí)：硅烷與氧的反應(yīng)第三章8001000℃102 Pa 產(chǎn)量大，膜厚均勻600700℃ 射頻電場(chǎng)， 200400℃第三章第三章三 . SiO2薄膜的要求和檢測(cè)方法? SiO2薄膜的要求 表面：表面厚度均勻、表面致密、無(wú)斑點(diǎn)、無(wú)白霧? SiO2薄膜的厚度測(cè)量 表面觀察法 (TEM)、干涉法、橢圓激光偏振法等。 最常用的是 干涉條紋法 。第三章四 . 氧化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和面臨問(wèn)題? 隨著集成電路的集成度的不斷提高，器件尺寸的不斷減小， 使 MOS器件的 柵氧化層厚度 的不斷減小。 柵氧化層厚度從 100 nm（ 1975年） 減小到目前的 5 nm。? 柵氧化層厚度越薄，則 漏電和擊穿 問(wèn)題越嚴(yán)重，所以需要 開(kāi)發(fā) 高介質(zhì) 的柵氧化層材料。? 隨著集成電路尺寸的不斷減小， 布線間距縮小 電容明顯增大，使得器件的延遲增大速度變慢。 減小布線電容 的有效方法就是 采用低介質(zhì)常數(shù) 的材料作 層間絕緣 。第三章擴(kuò)散定律由于濃度不均勻而導(dǎo)致載流子（電子或空穴）從高濃度處向低濃度處逐漸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程 。 　167。 擴(kuò)散摻雜工藝目的： 通過(guò)摻雜或補(bǔ)償，制作 N型或 P型區(qū)域第三章第三章一 . 擴(kuò)散原理D 擴(kuò)散系數(shù)：反映擴(kuò)散快慢程度的物理量。S = D dNdX1. 擴(kuò)散流密度：描述了擴(kuò)散過(guò)程硅片上各點(diǎn)雜質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律2. 擴(kuò)散方程： ?N ?2N? t = D ?X2在硅中： D 磷 = cm2/s D 硼 = 25 cm2/s第三章3. 雜質(zhì)分布特點(diǎn)? 雜質(zhì)分布 擴(kuò)散工藝形式不同但總體可分為： 恒定源擴(kuò)散，限定源擴(kuò)散? 恒定源擴(kuò)散 硅片表面處雜質(zhì)濃度不隨時(shí)間變化而變。 ? 限定源擴(kuò)散 硅中雜質(zhì)總量不變，隨時(shí)間增加表面雜質(zhì)濃度不斷下降，雜質(zhì)擴(kuò)入硅片的深度增大。第三章擴(kuò)散結(jié)深ND為