【正文】 3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 濕法刻蝕 ? 首先要用適當 (包含有可以分解表面薄層的反應(yīng)物 )的溶液浸潤刻蝕面 ， 然后清除被分解的材料 。 ? 濕法刻蝕： 利用液態(tài)化學試劑或溶液通過化學反應(yīng)進行刻蝕的方法 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 圖形刻蝕技術(shù) (Etching Technology) 雖然 ， 光刻和刻蝕是兩個不同的加工工藝 ， 但因為這兩個工藝只有連續(xù)進行 ， 才能完成真正意義上的圖形轉(zhuǎn)移 。 步進包括 XY工作臺的分別以芯片長度和寬度為步長的移動和母版內(nèi)容的重復(fù) 曝 光 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 縮小投影 曝 光系統(tǒng) (示意圖 ) Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 縮小投影 曝 光系統(tǒng)的特點 ? 由于一次 曝 光只有一個母版上的內(nèi)容 ， 也就是只有一個或幾個芯片 ， 生產(chǎn)量不高 。 在這個掩膜中 ， 含有一個芯片或幾個芯片的圖案 ， 稱之為母版 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 縮小投影 曝 光系統(tǒng) 工作原理 : ? 水銀燈光源通過聚光鏡投射在掩膜上 。但分辨率下降，當 ????時，無法工作。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 非接觸式光刻 ? 接近式 接近式光刻系統(tǒng)中，掩膜和晶圓之間有20?50?m的間隙。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 掩膜和晶圓之間實現(xiàn)理想接觸的制約因素 ? 掩膜本身不平坦， ? 晶圓表面有輕微凸凹， ? 掩膜和晶圓之間有灰塵。 – 接近式曝光： 在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙 (10～ 25?m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低 – 投影式曝光： 利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 接觸式光刻 1. 接觸式 曝光方式中 ， 把掩膜 以 ? 的壓力 壓在涂光刻膠的晶圓 上 ， 曝光光源的波長在 ?m左右 。 四 、 烘干 : 將顯影液和清潔液全部蒸發(fā)掉 。 三 、 顯影 : 晶圓用真空吸盤吸牢 ， 高速旋轉(zhuǎn) ， 將顯影液噴射到晶圓上 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 光刻 步驟二、三、四 二 、 曝 光 : 光源可以是 可見光 ,紫外線 , X射線和電子束 。 正膠 ：分辨率高 ， 在超大規(guī)模集成電路工藝中 ，一般只采用正膠 負膠 ：分辨率差 ， 適于加工線寬 ≥ 3?m的線條 光刻膠對大部分可見光靈敏 ， 對黃光不靈敏 ， 可在黃光下操作 。 目的是防止水汽引起光刻膠薄膜出現(xiàn)缺陷 。 其作用是把掩膜上的圖型轉(zhuǎn)換成晶圓上的器件結(jié)構(gòu) 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 電子束掃描法 (續(xù) ) ? 電子束掃描裝置的用途 : 制造掩膜和直寫光刻。 3) 顯影 : 用二甲苯。 分辨率極高 。 X射線可提高分辨率 ， 但問題是要想控制好掩膜版上每一小塊區(qū)域的扭曲度是很困難的 。 Xray掩膜版的襯底材料與光學版不同 ， 要求對 X射線透明 ， 而不是可見光或紫外線 ， 它們常為 Si或 Si的碳化物 。 圖 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 3. X射線制版 ? 由于 X射線具有較短的波長 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 早期掩膜制作方法： ? 人們先把版圖 (layout)分層畫在紙上 , 每一層 mask一種圖案 . 畫得很大 , 50?50 cm2 或 100?100cm2, 貼在墻上 , 用照相機拍照 . 然后縮小 10?20倍 , 變?yōu)?5?5? cm2 或 10?10?5?5 cm2的精細底片 . 這叫初縮 . ? 將初縮版裝入步進重復(fù)照相機 , 進一步縮小到2?2 cm2或 ? cm2, 一步一幅印到鉻 (Cr)板上 , 形成一個陣列 . Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 IC、 Mask amp。 這樣的掩膜上的圖案僅對應(yīng)著基片上芯片陣列中的一個單元 。 這種掩膜在一次曝光中 ， 對應(yīng)著一個芯片陣列的所有電路的圖形都被映射到基片的光刻膠上 。 稱之為鉻板 ， Cr mask。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 什么是掩膜？ ? 掩膜是用石英玻璃做成的均勻平坦的薄片 ， 表面上涂一層 600?800197。 工藝流程中需要的一套掩膜必須在工藝流程開始之前制作出來 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 英國 VG Semi公司型號為 V80SSi的 MBE設(shè)備關(guān)鍵部分照片 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 掩膜 (Mask)的制版工藝 1. 掩膜制造 ? 從物理上講 ,任何半導(dǎo)體器件及 IC都是一系列互相聯(lián)系的基本單元的組合 ,如導(dǎo)體 ,半導(dǎo)體及在基片上不同層上形成的不同尺寸的隔離材料等 .要制作出這些結(jié)構(gòu)需要一套掩膜 。經(jīng)過 MBE法 ， 襯底在垂直方向上的結(jié)構(gòu)變化具有特殊的物理屬性 。 MBE幾乎可以在 GaAs基片上生長無限多的外延層 。 ? MOCVD與其它 CVD不同之處在于它是一種冷壁工藝 ， 只要將襯底控制到一定溫度就行了 。 ? 氮化硅的化學汽相淀積：中等溫度 (780～ 820℃ )的 LPCVD或低溫 (300℃ ) PECVD方法淀積 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 物理氣相淀積 (PVD)—— 金屬 ? 蒸發(fā)：在真空系統(tǒng)中，金屬原子獲得足夠的能量后便可以脫離金屬表面的束縛成為蒸汽原子，淀積在晶片上。在外延過程中，石墨板被石英管周圍的射頻線圈加熱到 15002022度，在高溫作用下，發(fā)生 SiCl4+2H2?Si+4HCl? 的反應(yīng)，釋放出的 Si原子在基片表面形成單晶硅。 ? 不同的外延工藝可制出不同的材料系統(tǒng) 。 外延的目的是在襯底材料上形成具有不同的摻雜種類及濃度 ,因而具有不同性能的單晶材料 。 ? 盡管有些器件和 IC可以直接做在未外延的基片上 ,但大多數(shù)器件和 IC都做在經(jīng)過外延生長的襯底上 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 Process Flow of Annealed Wafer Crystal Growth Slicing Graphite Heater Si Melt Si Crystal Polishing Wafering High Temp. Annealing Furnace Annealed Wafer Defect Free Surface by Annealing (Surface Improvement） Surface Defect Map Polished Wafer 晶圓退火工藝流程 晶體生長 晶圓制作 硅晶體 熔硅 切片 拋光 拋光片 高溫退火 退火后的晶圓 退火爐 （改善表面） 利用退火消除缺陷 石墨加熱器 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 集成電路加工過程簡介 硅片制備（切、磨、拋） *圓片（ Wafer）尺寸與襯底厚度： 2??— 3??— 5??— 4??— 6??— 硅片的大部分用于機械支撐。之后用純度 % 的鎢絲懸掛“硅籽晶”探入熔融硅中，以 2~20轉(zhuǎn) /分鐘的轉(zhuǎn)速及 3~10毫米 /分鐘的速率從熔液中將單晶硅棒緩慢拉出。 MESFET工藝與 HEMT工藝 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 50?m 100? m 頭發(fā)絲粗細 30?m 1?m ? 1?m (晶體管的大小 ) 30~50?m (皮膚細胞的大小 ) 90年代生產(chǎn)的集成電路中晶體管大小與人類頭發(fā)絲粗細、皮膚細胞大小的比較 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 芯片制造過程 由氧化、淀積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層 曝 光 刻 蝕 硅片 測試和封裝 用掩膜版 重復(fù) 2030次 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 第 3章 IC制造工藝 外延生長 掩膜制作 光刻 刻蝕 摻雜 絕緣層形成 金屬層形成 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 集成電路制造工藝 ? 圖形轉(zhuǎn)換： 將設(shè)計在掩膜版 (類似于照相底片 )上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上 ? 摻雜： 根據(jù)設(shè)計的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等 ? 制膜： 制作各種材料的薄膜 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 多晶硅放入坩堝內(nèi)加熱到 1440℃ 熔化。 MOS工藝 167。 集成電路制造工藝 167。Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 第三章 集成電路工藝 167。 概述 167。 BJT工藝 167。 BiMOS工藝 167。為了防止硅在高溫下被氧化，坩堝內(nèi)被抽成真空并注入惰性氣體氬氣。這樣就會得到一根純度極高的單硅晶棒，理論上最大直徑可達 45厘米，最大長度為 3米。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 外延生長 (Epitaxy) 外延生長的目的 ? 半導(dǎo)體工藝流程中的基片是拋光過的晶圓基片 ,直經(jīng)在 50到 200mm(28英寸 )之間 ,厚度約幾百微米 。 原因是未外延過的基片性能常常不能滿足要求 。 ? 可分為同質(zhì)外延和異質(zhì)外延 。 Fundamentals of IC Analysis and Design (3) 材料與能源學院微電子材料與工程系 化