【正文】 成電路工藝流程 主要內(nèi)容 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)型場效應(yīng)晶體管 MOS場效應(yīng)晶體管 ....... 不同類型的半導(dǎo)體區(qū)域和它們之間一個或多個 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)而形成一個或多個 PN結(jié) 第三章 1950年 ， 合金法制備的晶體管即合金管或臺面管 半導(dǎo)體器件工藝技術(shù)發(fā)展的三個階段 第三章 1955年 ， 發(fā)明擴(kuò)散技術(shù) ， 擴(kuò)散能夠精確控制 為了能夠精確控制 PN結(jié)的位置以及寬度等 第三章 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 。同一晶片上可制備出成千上萬個結(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。 氧化工藝 氧化是平面工藝中最核心的技術(shù)之一 。 選擇性擴(kuò)散前均要進(jìn)行氧化，在晶片的表面生長二氧化硅薄膜。 ? 作為集成電路中的 電容器 介質(zhì)。因半導(dǎo)體表面態(tài)對器件的影響非常大，采用氧化層保護(hù)可防止環(huán)境對器件的污染。 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 10 15 歐姆 第三章 二 .SiO2薄膜的生長方法 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 第三章 熱氧化過程 do xS i O2do x0 . 4 4S i( b ) 氧 化 后 的 硅 片( a ) 氧 化 前 的 硅 片S i氧 化氧化前 氧化后 第三章 氧氣法氧化 按照氧氣的情況 干法氧化 濕法氧化 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 ， 由于已生長的 SiO2對氧有阻礙作用 ， 氧化的速度會逐漸降低 ， O2 Si（固體） + O2 → SiO2（固體） ? 干法氧化 將硅片置于通有 氧氣 的高溫環(huán)境內(nèi)，通過到達(dá)硅表面的氧原子與硅的作用發(fā)生反應(yīng)形成 SiO2。 石英管 加熱器 硅片 石英舟 第三章 高溫下 ， 硅與水汽和氧氣發(fā)生如下反應(yīng)： 濕法氧化 Si（固體） + 2H2O → SiO2（固體） + 2H2 濕氧氧化速率快 ， 水的擴(kuò)散系數(shù)大于氧氣 。 石英管 高純水 加熱器 硅片 石英舟 濕 O2 95度的去 離子水 第三章 硅 干法氧化 濕法氧化 干法氧化 實際氧化工藝： 干氧化 濕氧化 干氧化 第三章 氫氧合成氧化 OHOH 222 %)(%)9 9 9 ( ?? Si（固體） + 2H2O → SiO2（固體） + 2H2 氧化速度快，避免濕法氧化中水蒸氣對器件帶來的污染， 薄膜質(zhì)量好，純度高。 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、碳化物等多種無機(jī)薄膜 第三章 OHS iOOS iH 2224 22 ???制備氧化硅時： 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， 200400℃ 第三章 第三章 3. SiO2薄膜的要求和檢測方法 ? SiO2薄膜的要求 表面：表面厚度均勻、表面致密、無斑點(diǎn)、無白霧 ? SiO2薄膜的厚度測量 表面觀察法 (TEM)、干涉法、橢圓激光偏振法等。 第三章 4. 氧化技術(shù)的發(fā)展趨勢和面臨問題 ? 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。 ? 柵氧化層厚度越薄，則 漏電和擊穿 問題越嚴(yán)重，所以需要 開發(fā) 高介質(zhì) 的柵氧化層材料。 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 。 擴(kuò)散摻雜工藝 目的 通過摻雜或補(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。 ? 限定源擴(kuò)散 硅中雜質(zhì)總量不變，隨時間增加表面雜質(zhì)濃度不斷下降，雜質(zhì)擴(kuò)入硅片的深度增大。 均勻、重復(fù)性好、設(shè)備簡單、容易操作等。 ? 控制硅片表面的雜質(zhì)總量 再分布 ? 主擴(kuò)散 表面限定源擴(kuò)散過程。 摻雜區(qū) 埋 層 隔 離 基區(qū) 發(fā)射區(qū) R□ （ Ω/□ ） 15~30 2~5 120~200 4~8 2. 橫向擴(kuò)散的問題 因雜質(zhì)擴(kuò)散無方向 ， 不僅向下擴(kuò)散 ，以 橫向 同樣存在約擴(kuò)散 ， 實際的擴(kuò)散層寬度大于氧化層 ， 最終的結(jié)面 不是平面 。 離子注入摻雜方法 第三章 適用于結(jié)深小于 1微米的平面工藝 摻雜原子經(jīng)離化變成帶電的雜質(zhì)離子 電場 (104106)eV 轟擊半導(dǎo)體基片 第三章 離子注入摻雜分兩步： 離子注入 退火再分布 離子注入深度 較淺 ， 濃度 較大 ， 必須熱處理使雜質(zhì)向半導(dǎo)體體內(nèi)重新分布 。 為恢復(fù)晶格損傷 ， 離子注入后要進(jìn)行退火處理 。 ? 同一平面內(nèi)的雜質(zhì) 均勻度 可保證在 177。 ? 控制離子束的掃描范圍，選擇注入，無掩膜技術(shù) 。 ? 注入不受雜質(zhì)在襯底材料中溶解度限制，各種元素均可摻雜。 ? 可控制離子束的掃描區(qū)域。 光刻工藝 光刻 利用光的作用把掩模版（光刻版）上的圖形轉(zhuǎn)換到 晶 片 上的過程。 用 特征尺寸 評價集成電路生產(chǎn)線的技術(shù)水平。 第三章 涂膠、前烘 曝光 顯 定 影 堅膜 去膠 1. 光刻工藝基本流程 腐蝕 第三章 前烘 顯、定影 掩 膜 版 對準(zhǔn)、曝光 紫外光 去膠 涂膠 光刻膠 晶片 SiO2 堅膜（后烘） 腐蝕 光刻基本流程 第三章 2. 光刻 涂膠 采用 旋轉(zhuǎn)涂膠 技術(shù)對晶片進(jìn)行涂膠。 ? 負(fù) 性光刻膠 未感光部分溶于顯影液 中，感光部分顯影后仍留在基片表面。 除初次光刻外 ， 其它次光刻必須要與前幾次光刻圖形嚴(yán)格套準(zhǔn) ， 不能偏差絲毫 。 3. 對準(zhǔn)曝光 4. 顯影與后烘 ? 將曝光后的片子進(jìn)行顯影溶去被感光的光刻膠，留下光刻膠的圖形是就掩膜版的圖形。 第三章 Dry etch of Si 刻蝕分為兩類 濕法刻蝕 ： 各向同性 刻蝕法，簡單方便、效率高，但存 在 橫向腐蝕 問題。 5. 刻蝕 第三章 ? 干法刻蝕 ?用 等離子體 進(jìn)行薄膜刻蝕的技術(shù) 。 ? 是 各向異性 刻蝕技術(shù) ， 在被刻蝕區(qū)域內(nèi) ， 各方向上刻蝕速度不同 。 ? 濕法刻蝕 ? 將被刻蝕材料浸泡在腐蝕液內(nèi)進(jìn)行腐蝕的技術(shù) 。 ? 通常 SiO2采用濕法刻蝕技術(shù) ， 有時金屬鋁也采用濕法刻蝕技術(shù) 。 若掩膜版的線條太細(xì)，光刻出的線條 與間距就會分辨不清。