集成电路制造流程讲述.ppt

2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 1 芯片制造过程 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 2 集成电路制造流程 晶圆-- 单晶制备 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 3 直拉法拉单晶 晶圆-- 单晶制备 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 4 区熔法拉单晶 为了得到所需的电阻率的晶体，掺杂材料被加到拉单晶炉的熔体中，纯硅的电阻率在2.5X105欧·cm. 掺杂浓度在2X1021/m3,电阻率10~20欧· cm. 晶圆 -- 切片 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 5 切片磨片倒角得到晶圆 晶圆制备 -- 外延层 硅的外延发展的起因是为了提高双极器件和集成电路的性能。外延层就是在重掺杂衬底上生长一层轻掺杂的外延层。 外延层的作用在优化PN结击穿电压的同时降低了集电极电阻。在CMOS工艺中器件尺寸的缩小将闩锁效应降到最低。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 6 光刻 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 7 光刻的本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构首先以图形的形式制作在掩膜板的玻璃板上，通过紫外光透过掩膜板把图形转移到硅片上的光敏薄膜上。 光刻 光刻使用光敏材料和可控的曝光在硅表面形成三维图形。光刻的过程是照相、光刻、掩膜、图形形成过程的总称。总的来说，光刻就在将图形转移到一个平面的任一复制过程。 光刻通常被认为是IC制造中最关键的步骤，需要很高的性能才能结合其他工艺获得高成品率的最终产品。据估计光刻成本在整个硅片加工成本中几乎占到1/3. 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 8 光刻 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 9 掺杂 硅片在生长过程中被掺入了杂质原子，从而形成了P型和N型硅。杂质的类型由制造商决定，在硅片制造过程中，有选择地引入杂质可以在硅片上产生器件。这些杂质通过硅片上的掩膜窗口，进入硅的晶体结构中，形成掺杂区。掺杂的工艺扩散和离子注入2种方法。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 10 掺杂 -- 扩散 硅中固态杂质的扩散需要3个步骤：预淀积、推进（推阱）、和退火（激活杂质）。 预淀积过程中，硅片被送入到高温扩散炉中，杂质从源转移到扩散炉中，温度800到1100℃持续10~30分钟，杂质仅进入了硅片很薄的一层。 推进：在高温过程中（1000到1250℃），使淀积的杂质穿过硅晶体，在硅中形成期望的结深。 退火：温度稍微升高一点，使杂质原子与硅中原子键合，激活杂原子。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 11 掺杂 -- 离子注入 离子注入是一种向硅材料中引入可控数量的杂质，以改变其电学性能的方法。在现代硅制造过程中有广泛的应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料，离子注入能够重复控制杂质浓度和深度，在几乎所有的应用中都优于扩散。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 12 离子注入机示意图 掺杂 -- 离子注入 精确控制杂质含量（误差在2%左右, 扩散工艺为5~10%） 很好的杂质均匀性（通过扫描的方法来控制杂质的均匀性） 对杂质穿透深度有很好的控制（通过控制离子束能量控制杂质的穿透深度） 低温工艺（注入温度在中温125℃下进行） 高速离子束能穿过薄膜 更小的侧墙扩散，使器件分布间隔更加紧密，减小栅-源和栅-漏重叠。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 13 CVD（化学气象淀积） 化学气象淀积是通过气体的化学反应在硅片表面上淀积一层固体膜的工艺。CVD工艺经常用来淀积 1.二氧化硅：用于形成层间介质，浅槽隔离的填充物和侧墙。 2.氮化硅：用于制造浅槽隔离用的掩膜和硅片最终的钝化层。 3.多晶硅：用于淀积多晶硅栅或多晶硅电阻。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 14 N阱扩散 N阱CMOS工艺中，NMOS位于外延层，而PMOS位于N阱中。晶片热化后使用N阱掩膜板对外延层上的氧化层上的光刻胶进行光刻，氧化物刻蚀出窗口后，从窗口注入一定剂量的磷离子。高温推结工艺产生深的轻掺杂N型区域，称为N阱。 2012-04-23 中国科学技术大学 快电子实验室 刘树彬?赵雷 15 场注入(沟道终止注入) 为了制造实用的MOS管，CMOS工艺一直谨慎的减小阈值电压。LOCOS（local oxidation of silico