【導(dǎo)讀】緒論部分教學(xué)內(nèi)容的重點：。當(dāng)代微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動因素及各因素間的技術(shù)鏈作用。該部分教學(xué)內(nèi)容的參考學(xué)時：2學(xué)時。電子技術(shù)的發(fā)展是以電子器件的發(fā)展而發(fā)展起來的。年，經(jīng)歷了四個階段的更新?lián)Q代。歷次變革都引發(fā)了電子技術(shù)和信息技術(shù)的革命。1932年前后：運用量子學(xué)說建立了能帶理論研究半導(dǎo)體現(xiàn)象。工程師—埃克特。該技術(shù)雖經(jīng)不斷完善，但其思路的實質(zhì)未變，沿用至今。上述兩款微處理器功能極為接近，競爭十分激烈。時輪值，工作的昏天黑地，二月十七日，第一顆80486微處理器芯片被取出高溫鈍化爐，我們使用一個被稱之為?！凹啥取钡母拍顏肀碚骷呻娐分圃斓乃郊捌渥兓?。以反映出微電子集成電路產(chǎn)業(yè)集成電路芯片的設(shè)計與制造技術(shù)的水平。芯為單位，所包含的晶體管個數(shù)。超大規(guī)模集成電路的集成度界定為1000萬只晶體管/單位管芯。

　　

【正文】 邊界條件 2： N（垂直于表面的∞深處，擴散時間 t內(nèi)） =O 求解擴散方程： 求解結(jié)果可以得到雜質(zhì)在特定條件下的分布狀態(tài)和分布行為。解決要達到預(yù)期的指定深度所需淀積的雜質(zhì)總量（用 Q 來表示）。 第二步：有限表面源擴散（高斯分布） 在一定的溫度條件下、預(yù)定的擴散時間下，不再向擴散系統(tǒng)內(nèi)提供含有擴散雜質(zhì)的氣氛，此時，在預(yù)淀積擴散過程中已經(jīng)淀積在硅片表面的雜質(zhì)將在濃度梯度的作用下，繼續(xù)向體內(nèi)縱深處擴散。當(dāng)然，隨著雜 質(zhì)向體內(nèi)縱深處的擴散，雜質(zhì)的表面濃度也將由原預(yù)淀積時的固溶度值開始下降。重要的是：該過程中，雖然不再向系統(tǒng)提供雜質(zhì)氣氛，但提供氧化氣氛按氧化的模式推進該熱驅(qū)動過程，則在雜質(zhì)向體內(nèi)縱深處擴散的同時，硅片的表面又生成了一層符合工藝要求的二氧化硅薄膜（該過程的時間應(yīng)首先滿足雜質(zhì)推移深度的要求，而 Si02 介質(zhì)膜的厚度可由干氧氧化與濕氧氧化的步序搭配來調(diào)節(jié)）。 所以，第二步擴散模式常稱為有限表面源擴散（因此刻不再向系統(tǒng)內(nèi)提供雜質(zhì)源氣氛）或雜質(zhì)再分布，或?qū)⑵淇醋魇且淮窝趸^程（當(dāng)然不同與單純的表面氧化）。又因為 雜質(zhì)在該狀態(tài)下的分布可以用高斯函數(shù)很好地近似，故還常稱其為高斯分布擴散。 邊界條件 1： tN?? =0（位于 X=O 處） 邊界條件 2： N（垂直于表面的∞深處，擴散時間 t內(nèi)） =O 初始條件：第二步擴散的開始時刻，雜質(zhì)僅僅被包含在極為有限的 OXε（ε 0）區(qū)域內(nèi)，而且已知其總量為 Q。 22XNDNt ????? 23 其數(shù)學(xué)描述為： ? ??0)0,( QXN 求解擴散方程： 求解結(jié)果可以知道在有限源擴散條件下，雜質(zhì)總量 Q 與 PN 結(jié) 推移深度之間的定量關(guān)系。得到雜質(zhì)在特定條件下的分布狀態(tài)和分布行為。 (10) 課件原理篇 外延生長工藝教學(xué)內(nèi)容輔導(dǎo)教案 ? 學(xué)習(xí)該部分教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時： 4 學(xué)時 1 關(guān)于外延生長工藝技術(shù) “外延生長”是硅集成電路平面工藝系列中的一項極為重要的工藝手段。 “外延生長”工藝的主流方式是汽相外延生長方式。 “外延生長”工序僅是獲得高結(jié)晶質(zhì)量的單晶晶層的方式之一。但是，現(xiàn)在它已經(jīng)作為決定器件或電路的結(jié)構(gòu)模式和電性層之間結(jié)構(gòu)關(guān)系的主要手段了。在外延生長的過程中，有熱力學(xué)條件的約束和固態(tài)結(jié)晶學(xué)原理的 制約。而在汽相反應(yīng)裝置中，又有著較為復(fù)雜的流體系統(tǒng)影響著晶層表面的結(jié)晶和外延生長過程中的“摻雜”行為。同時，外延生長的過程中還伴隨著結(jié)晶質(zhì)量的優(yōu)劣（外延生長的過程中將有原襯底原始缺陷的寄生和攀移及外延生長過程中所特有的新增缺陷 — 外延層錯的產(chǎn)生。）和慘雜的不均勻性（主要是外延生長過程中所存在的“自慘雜”效應(yīng)的影響。）。 2 硅汽相外延生長工藝概述 當(dāng)襯底與外延層為同種材料時，則稱其為同質(zhì)外延。 當(dāng)襯底材料與外延層材料不相同時則稱為異質(zhì)外延。 當(dāng)然：既可以在高濃度的襯底上生長低濃度的外延層，又可以在低濃度的 襯底上生長高濃度的外延層。襯底與外延層可以是同類導(dǎo)電類型，也可以是不同種類的導(dǎo)電類型?？梢钥吹某?，作為一種基本模式的外延生長方法，有著極為豐富的內(nèi)在涵義和構(gòu)造晶體結(jié)構(gòu)模式的靈活性。通過控制氣相反應(yīng)氣流中的雜質(zhì)含量來調(diào)節(jié)外以外延生長的方式形成的 PN 結(jié)常被稱為“外延結(jié)”，而以熱擴散方式形成的 PN 結(jié)則稱為“擴散結(jié)”。通過以后的學(xué)習(xí)，我們可以知道，以外延生長方式和熱擴散方式形成 PN 結(jié)的本質(zhì)區(qū)別在于，“外延結(jié)”并不是通過雜質(zhì)的補償作用形成的，因而其耗盡區(qū)兩側(cè)的雜質(zhì)分布接近理想的“突變結(jié)”。雙極性集成電路中元器件間的隔 離問題即可通過外延與隔離擴散技術(shù)相結(jié)合的手段而得到了很好的解決。外延生長技術(shù)還可以用于解決高頻功率器件的集電結(jié)擊穿電壓與集電極串聯(lián)電阻對器件集電區(qū)體電阻率要求之間的矛盾。這一矛盾正是通過低摻雜濃度的外延層來保證集電結(jié)的高擊穿電壓的要求，同時以高濃度、重摻雜的襯底來降低集電區(qū)的體電阻率來實現(xiàn)的。 22XNDNt ????? 24 3 典型的硅汽相外延生長系統(tǒng)簡介 常規(guī)硅汽相外延生長水平（臥式）反應(yīng)器 射頻感應(yīng)加熱方式的工藝特征： 使反應(yīng)器腔體壁溫度較低，硅均“擇溫淀積”在硅襯底基片上 4 硅汽相外延生長的結(jié)晶學(xué)與熱力學(xué)描述 晶體生長研究學(xué)者們基于此提出了對硅氣相外延生長的結(jié)晶過程和熱力學(xué)過程的描 述：反應(yīng)生成的處于熱游離狀態(tài)的硅原子在高溫下攜帶著足夠的熱能，在與裸露著的待生長表面的硅進行鍵合的時候，硅的金剛石倒立四面體的結(jié)構(gòu)方式告訴我們，僅一個硅原子是穩(wěn)定不下來的，必須有至少三個以上的硅原子方可構(gòu)成一個最小單位的原子嫁接體。學(xué)者們將這里提到的原子嫁接體定義為晶核。隨后而來的硅原子在放出潛能的同時以晶核為基點沿著特定的某一取向繼續(xù)嫁接到格點上。十分有趣的是，分析 [111]晶面的外延生長的晶核（擴展大之后即為有結(jié)晶特征的結(jié)晶體）擴展模式時發(fā)現(xiàn)，由于硅晶體不同取向的原子鍵鍵密度（或稱為線密度）不同，造成了 結(jié)晶體的非對稱擴展。當(dāng)然，在理想的生長條件下，就其宏觀而言不會影響瞬間表面的結(jié)晶。下圖示意 [111]生長表面六棱結(jié)晶體的非對稱擴展 圖示：晶核擴展示意圖 圖示：結(jié)晶體實體形貌 4 硅汽相外延生長過程的生長動力學(xué)描述 對外延生長反應(yīng)器內(nèi)的流體系統(tǒng)進行流體力學(xué)的分析表明：處于反應(yīng)器內(nèi)流體系統(tǒng)中的石墨加熱基座客觀上存在著阻流作用，由阻流作用而引起基座周圍、特別是表面存在著一層被稱之為“氣體附面層”的流體層流。研究者發(fā)現(xiàn)，“氣體附面層”的存在， 硅襯底圓片 高頻感應(yīng)線圈 ☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉ 反應(yīng)氣體 反應(yīng)尾氣 ☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉☉ 石墨基座 石英支架 石英反應(yīng)腔 25 對汽相外延生長過程 中發(fā)生在待生長硅襯底基片（自然，待生長硅襯底基片是緊緊地依附在石墨加熱基座表面之上的）表面反應(yīng)生成物質(zhì)（對硅外延生長來講，即為處于游離狀態(tài)的硅原子）的運動與輸運、又常稱之為“質(zhì)量轉(zhuǎn)移”影響是相當(dāng)大的。外延生長過程中表面反應(yīng)生成物的質(zhì)量轉(zhuǎn)移所遵循的規(guī)律，正是研究汽相外延生長動力學(xué)過程的主要內(nèi)容。 5 汽相外延生長反應(yīng)器中的流體動量模型 在石墨加熱基座上方不遠的一定距離之內(nèi)，存在著氣體流速受到極大擾動的流體區(qū)域，這就是我們上面所提到的速度附面層。以速度附面層為界，該區(qū)域之外的流體可稱之為自由流體，而速度附面 層之內(nèi)的流體速度明顯地滯慢于速度附面層之外的自由流體速度。越是靠近石墨加熱基座，流體速度越是緩慢。顯然，位于速度附面層之內(nèi)的反應(yīng)生成物粒子客觀上有了一個相對穩(wěn)定淀積的小的汽相環(huán)境，學(xué)者們定義了一個類似與速度附面層的概念：質(zhì)量附面層。質(zhì)量附面層的存在是因速度附面層的存在而存在的。質(zhì)量附面層的邊界當(dāng)然位于速度附面層內(nèi)的某個位置。我們之所以要從流體力學(xué)的視角來切入對外延生長過程中襯底基片表面反應(yīng)生成物粒子輸運狀態(tài)的研究，正是速度附面層的存在和質(zhì)量附面層的存在對外延生長過程中反應(yīng)生成物質(zhì)量轉(zhuǎn)移的影響是極大的。 (11) 課件原理篇 離子注入工藝教學(xué)內(nèi)容輔導(dǎo)教案 ? 該部分教學(xué)內(nèi)容的重點： 掌握離子注入摻雜工藝與常規(guī)熱擴散工藝的主要區(qū)別。 ? 學(xué)習(xí)該部分教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時： 2 學(xué)時 1關(guān)于離子注入摻雜技術(shù)的特點 與高溫?zé)釘U散摻雜方式相比較： （ 1） 注入的雜質(zhì)離子是通過磁性質(zhì)量分析器選取出來的，故在元素的屬性和能量選擇等方面具有極高的精度，從而保障了離子源的高純度和轟擊能量的單一穩(wěn)定和能量分布的集中。整個注入過程是在極為清潔和干燥的高真空條件下進行的，從而避免了摻雜過程中的各 種污染。 （ 2） 通常，離子注入摻雜的劑量可以任意調(diào)節(jié)。 （ 3） 離子注入摻雜的溫度環(huán)境極低（包括退火過程），也避免了常規(guī)高溫?zé)釘U散過程中將大量產(chǎn)生的熱缺陷。 （ 4） 離子注入摻雜的注入深度是隨離子能量的增加而增加的。因此，可以通過能量和劑量以及離子屬性的不同來獲得十分復(fù)雜的電性層結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)的縱向分布，即工藝靈活性極大。 （ 5） 離子注入摻雜的過程是一個非平衡過程，它不受某雜質(zhì)在襯底材料中的溶解度的限制。 （ 6） 離子注入摻雜是垂直于基片靶的表面進行的，有著極好的直進性，故完全可以忽 26 略橫向擴展。 （ 7） 離子注入摻雜也適合于化合物基片靶的注入摻雜，這是因 為化合物半導(dǎo)體通常是基于兩種或更多種元素定組分定方式構(gòu)成的，遇高溫條件會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)異變。而低溫條件下的注入摻雜則不會發(fā)生化合物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)異變。 2 關(guān)于離子注入摻雜技術(shù)的基本原理 原子的離子態(tài)是經(jīng)過離化之后的分子或原子所處的狀態(tài)，原子的離子態(tài)是帶有電荷的。人們常見的“等離子體”發(fā)生器就是一種用以產(chǎn)生帶電離子的裝置。在微電子工藝裝置中也采用反應(yīng)氣氛的等離子化，用來降低反應(yīng)溫度。 PECVD（等離子體增強化學(xué)汽相淀積）工藝就是這樣一種工藝方式。而在離子注入摻雜的設(shè)備中，電離雜質(zhì)氣氛產(chǎn)生帶電的離子束流，目的是可 以使用電場來加速離子流（實質(zhì)上就是雜質(zhì)流），并基于電場環(huán)境來全方位地調(diào)控離子束流。經(jīng)高場強電場加速的離子擊中基片靶面后，將會發(fā)生離子與靶體內(nèi)原子的碰撞。實驗證實，這種碰撞行為為彈性碰撞行為，彈性碰撞的特點是伴隨著能量的交換且穩(wěn)定狀態(tài)良好。 對離子注入摻雜過程進行數(shù)學(xué)描述，較為成熟的是 LSS 射程理論。同時，采用對稱的高斯分布來近似體內(nèi)的注入分布。數(shù)學(xué)分析表明，若采用對稱的高斯分布來等效計算雜質(zhì)的剖面注入分布，需已知注入射程、射程偏差及注入劑量等參數(shù)。還有人提出了“兩個相聯(lián)的半高斯分布”數(shù)學(xué)模型來近似描述離子注 入摻雜的體內(nèi)分布行為。這是較“對稱高斯分布”模型更為精確的一種模型。 (12) 課件原理篇 制版工藝原理教學(xué)內(nèi)容輔導(dǎo)教案 ? 學(xué)習(xí)該部分教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時： 2 學(xué)時 1 關(guān)于集成電路的掩膜版制備 我們已經(jīng)知道，常規(guī)集成電路制造工藝中，光刻工藝是關(guān)鍵工序之一。制造一塊大規(guī)模集成電路芯片，要經(jīng)過數(shù)十次光刻，而每一次光刻都要使用光刻掩模版。 集成電路制造工藝中的光刻掩模版制備工藝是關(guān)系到集成電路的質(zhì)量和集成度的重要工序。通常，集成電路的版圖設(shè)計和制版過程如下圖： 設(shè)計掩模版總圖 按比例放大總圖 刻掩模紅膜分圖 （ 1） （ 2） （ 3） 制備初縮掩模版 精縮與分步重復(fù) 復(fù)印生產(chǎn)用套版 （ 4） （ 5） （ 6） 圖示：集成電路的版圖設(shè)計和制版的常規(guī)過程 2 關(guān)于集成電路的掩膜版制備工藝 27 集成電 路光刻掩模版制備工藝過程描述 紅膜或藍膜 精縮照相設(shè)備（耐磨性好） 總圖與分圖設(shè)計 初縮照相設(shè)備 鉻或氧化鐵版 版圖設(shè)計與繪制 刻分圖版膜片 初縮照相 精確縮小 復(fù)制精縮版 分步重復(fù) 座標紙 手動刻圖 自動刻圖 精縮母版 生產(chǎn)版復(fù)印設(shè)備 繪圖紙 超微粒感光版 超微粒感光版 生產(chǎn)用版 ` 課件教學(xué)課堂練習(xí)輔助教案參考答案版 安排在課件綜述篇及原理篇 CAI 教學(xué)之后，課件課堂自測教學(xué)單元之前進行 CAI 教學(xué)模式過程中使用 教學(xué)用課堂練習(xí) ? 學(xué)習(xí)該部分教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時： 2 學(xué)時 （一） 填 空 1． 制備出合格的單晶硅棒后，還要經(jīng)過 切割 、 研磨 和 拋光 三道加工過程方可制 成符合晶體管或集成電路制造要求的硅襯底基片。 2．常規(guī)的硅集成電路平面制造工藝主要由 外延生長 、 氧化 、 擴散 、 光刻 、 制版 等主要工序手段組成。 3． 硅集成電路平面制造工藝中的常規(guī)高溫氧化步序是 由 干氧 + 濕氧 + 干氧 三步組成的。 4． 常規(guī)平面工藝擴散工序中的恒定表面源擴散過程中，雜質(zhì)在硅體內(nèi)的分布近似 余誤差 函數(shù)分布。 常規(guī)平面工藝擴散工序中有限表面源 擴散過程中，雜質(zhì)在硅體內(nèi)的分布近似 高 斯 函數(shù)分布。 28