《微电子学概论》-ch集成电路制造工艺精品.ppt

集成电路制造工艺 集成电路设计与制造的主要流程框架 集成电路芯片的显微照片 集成电路制造工艺 集成电路制造工艺 图形转换技术：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上 掺杂技术：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等 薄膜制备技术：制作各种材料的薄膜 隔离技术 封装技术 光刻胶、掩膜版 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体。 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变。 正胶：曝光后可溶，分辨率高 负胶：曝光后可溶，分辨率差，适于加工线宽≥3?m的线条 甚远紫外线(EUV) 电子束光刻(EBL, Electron Beam Lithography) X射线 离子束光刻 刻蚀技术 湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法 关键：选择性。 干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的 关键：对图形的控制性。 溅射与离子束铣蚀(Sputtering and Ion Beam Milling)：通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差 等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)：通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术 Thin Oxide Polysilicon Gate 掺杂技术 掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触 磷(P)、砷(As) —— N型硅 硼(B) —— P型硅 杂质浓度和分布：影响器件的阈值电压、器件的电流－电压特性、击穿电压等 杂质浓度：cm-3 杂质分布：结深 掺杂技术 扩散（结较深、线条较粗） 离子注入（浅结、细线条） 掺杂技术：扩散 替位式扩散： Ⅲ、Ⅴ族元素 杂质原子边有空位，杂质本身有足够能量克服晶格势垒 一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 间隙式扩散：间隙 Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级，扩散温度较低 选区扩散 不能用光刻胶作掩蔽 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层 固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等 离子注入：将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术，掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定 掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂 对晶格的影响 离子与原子核碰撞——级联碰撞——晶格损伤 退 火 退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。 激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用 消除损伤 退火方式： 炉退火 快速退火：脉冲激光法、扫描电子束等 薄膜制备：氧化工艺 目的：在硅及其他衬底上制备SiO2层 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定，室温下它只与氢氟酸发生化学反应 氧化硅层的主要作用 在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，器件的组成部分 扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用)阻挡层 作为集成电路的隔离和绝缘介质材料 作为电容器的绝缘介质材料 作为多层金属互连层之间的 介质材料 作为对器件和电路进行钝化 的钝化层材料 SiO2的制备方法 热氧化法：栅氧化层、场氧化层 干氧氧化： 水蒸汽氧化： 湿氧氧化： 干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法 氢氧合成氧化 化学气相淀积法： 金属化的介质层和扩散掩蔽层等。 化学汽相淀积(Chemical Vapor Deposition)： 将反应剂蒸气引入反应室，通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程 化学汽相淀积(CVD)—分类 常压化学汽相淀积(APCVD) 低压化学汽相淀积(LPCVD)：均匀性好，台阶覆盖性好。 等离子增强化学汽相淀积(PECVD)：增加射频等离子能力，淀积温度低。 化学汽相淀积(CVD)—应用 单晶硅的化学汽相淀积