第三章集成电路制造工艺.ppt

集成电路制造工艺 集成电路的核心是半导体器件 包括：电阻 电容 电感 二极管 三极管 结型场效应晶体管 MOS场效应晶体管....... 不同类型的半导体区域和它们之间一个或多个PN结组成 1950年，合金法制备的晶体管即合金管或台面管 1955年，发明扩散技术，扩散能够精确控制 氧气法氧化 高温下，硅与水汽和氧气发生如下反应： 固固扩散 预沉积 预扩散 表面恒定源的扩散过程。 控制硅片表面的杂质总量 再分布 主扩散 表面限定源扩散过程。 主要用来控制结深 § 3.4 离子注入掺杂方法 ? 注入的离子通过质量分析器选出的纯度高，能量单一， 掺杂纯度不受杂质源纯度的影响。 ? 同一平面内的杂质均匀度可保证在±1％的精度。 ? 控制离子束的扫描范围，选择注入，无掩膜技术。 ? 注入深度随离子能量的增加而增加，精确控制结深。 ? 注入不受杂质在衬底材料中溶解度限制，各种元素均可掺杂。 ? 注入时衬底温度低，可避免高温扩散所引起的热缺陷，横向效应比热扩散小得多。 ? 可控制离子束的扫描区域。 光刻的基本原理： 利用光敏的抗蚀涂层(光刻胶)发生化学反应，结合刻蚀方法在各种薄膜上生成合乎要求的图形，一实现选择掺杂、形成金属电极和布线或表面钝化的目的。 ? 正性光刻胶受光或紫外线照射后感光部分发生光分解反应可溶于显影液，未感光部分显影后仍然留在晶片表面。 ? 负性光刻胶未感光部分溶于显影液中，感光部分显影后仍留在基片表面。 ? 干法刻蚀 ?用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。借助辉光放电用等离子体中产生的粒子轰击刻蚀区。 ? 是各向异性刻蚀技术，在被刻蚀区域内，各方向上刻蚀速度不同。 ? Si3N4、多晶硅、金属及合金材料采用干法刻蚀技术。 外延 指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术。 ? 新生单晶层的晶向取决于衬底，由衬底向外延伸而成，故称“外延层”。 ? 外延生长通过控制反应气流中的杂质含量可方便调节外延层中的杂质浓度，不依赖于衬底中的杂质种类与掺杂水平。 ? 外延与隔离扩散相结合，可解决双极型集成电路元器件间的隔离问题。 IC中最常用的硅外延工艺.用加热提供化学反应所需的能量(局部加热)。 在集成电路制造中，金属层的功能： 形成器件间的互连线； 形成器件表面要电极 典型N阱CMOS工艺流程 N阱的生成 有源区的确定和场氧氧化 生长栅氧化层和生成多晶硅栅电极 形成P沟MOS晶体管 形成N沟MOS晶体管 引线及后续工艺 N阱的生成 有源区的确定和场氧氧化 生长栅氧化层和生成多晶硅栅电极 形成P沟MOS晶体管 形成N沟MOS晶体管 N - Si SiO2 在衬底上氧化生长SiO2层 光刻基区后进行Ⅲ族硼扩散形成P型基区 N P SiO2 再进行氧化生长SiO2准备进行发射区光刻 光刻后进行 Ⅴ族磷扩散形成n发射区 N P SiO2 N + SiO2 N P N+ 再氧化生长SiO2准备进行引线孔光刻 SiO2 N P N+ 光刻后金属铝蒸发形成 基区、发射区引线 SiO2 N P 型基区 分立npn双极型晶体管平面工艺 e b C 进行铝反刻去掉基区、发射区电极引线以外的铝层 N P N+ 铝 进行金属铝蒸发形成基区、发射区电极引线 P N+ N - Si SiO2 N P N+ 铝 P N+ N - Si 集 电 区 基区 发 射 区 分立双极型晶体管的 集电极由底座引出。 整个工艺过程中需多次光刻，所以需要多次氧化。 形成两个pn结时，扩散的杂质浓度必须考虑载流子的补偿作用。 集电极引线 基极 引线 发射极 引线 若要使晶体管有放大作用，必须保证： NeNbNc 集成电路中双极型晶体管 N 外延 集电区 N +埋层 p - Si P 基区 N+ N+ b e C P+ 隔 离 环 P+ 隔 离 环 集成电路中的双极型晶体管 结构与分立型相同 因所有的元器件均在同一电路 上，所以必须要有隔离分开 集电极只能从上面引出 IC中纵向NPN晶体管剖面图 AL SiO2 b P P+ P-衬底 e c n+-外延 N-epi P+ n+ n+ P-衬底 n+埋层 N-外延 N-外延 P+ P+ P+ P+ PN结隔离槽 N P P+ 隔离 P+ 隔离 c b e p p IC中横向PNP晶体管剖面图 衬底 单晶 片 键合 封帽 老化筛选 总测 隔离 区氧化2 埋层 窗口 扩散 外延