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IC工艺简介 制造材料 绝缘材料 导电材料 半导体材料 制造工艺 IC制造材料 常用材料 半导体特性 半导体中掺入杂质可以改变其电导率 温度的改变会改变半导体的电导率 光照强度的改变可以改变半导体的电导率 IC制造材料 硅（Si） 硅是成熟的半导体材料。经过多年开发，现在已经应用于BJT、J-FET、PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS等电路中 来源丰富，价格低廉 IC制造材料 提拉单晶 从石英（SiO2）中提炼纯度达到99.999999999%的单晶硅 坩埚温度约为1500度 腔室内充满惰性气体 提拉速度对质量影响很大 IC制造材料 12吋的晶圆片 12吋的硅晶锭长度可达2米 IC制造材料 绝缘材料 绝缘层的作用： IC中各层间的绝缘 MOS管栅极绝缘层 作为离子注入的掩膜 作为生成器件表面的钝化层 IC中常用的绝缘材料有SiO2、SiON和Si3N4 现代IC中常用低介电常数绝缘材料作层间绝缘 在需要构成电容的地方采用高介电常数的材料作绝缘 IC制造材料 金属材料 作用： 接触线 互连线 焊盘 常用材料：铝、铬、钛、钼、铊、钨等 铜的电阻率比铝更低，在IC中有取代铝的趋势 IC制造材料 多晶硅 多晶硅层可做栅极、源极漏极接触、连线、高值电阻、电容等 IC制造材料 材料系统 衬底材料分为单原子材料和多层材料（材料系统） 材料系统通常是在单原子材料基础上用其它物质再生成一层或几层材料，以克服单原子材料器件在性能上的不足 材料系统中，外来原子的比例可以高达几到几十个百分点 材料系统按照导电性能又可分为半导体材料系统和半导体/绝缘体材料系统 IC制造材料 半导体材料系统 不同质（异质）的几种半导体（GaAs与AlGaAs，InP与InGaAs，Si与SiGe等）组成的层结构 用半导体材料系统制作的器件，其性能会有所提高 半导体/绝缘体材料系统 半导体与绝缘体相结合的材料系统，如绝缘体上硅（SOI） 在SOI衬底上形成晶体管，可以大大减低电极与衬底之间的寄生电容，提高器件速度，降低器件功耗 IC制造工艺 IC制造工艺： 外延生长 掩膜（MASK）制造 曝光技术 氧化 刻蚀 扩散 离子注入 多晶硅沉积 金属层形成 IC制造工艺 外延生长（Epitaxy） 一般的硅片衬底不具有制作器件所需要的性能 外延是在已有的硅片表面沉积（生长）一层很薄的单晶层 新生长的单晶层的取向取决于衬底，由衬底向外延伸而成，称为“外延层” 外延层的杂质含量可以通过工艺加以控制 外延形成的杂质分布可以接近理想的突变结 IC制造工艺 液相生长（LPE，Liquid Phase Epitaxy） 将硅片放入已加热的饱和溶液中 溶液降温，在硅片表面就可以沉积一层新的晶体 LPE方法简单、廉价，但外延层的质量不高 IC制造工艺 气相外延生长（VPE，Vapor Phase Epitaxy） VPE是在气体环境下在晶体表面进行外延生长 常用的方法是卤素传递生长法 硅片放在反应器中的石墨基座上 反应器中输入SiCl4和H2 反应器外围的射频线圈通入射频电流，石墨基座被射频信号加热至1500度至2000度 高温作用下： 释放出固态硅原子沉积在硅片表面，形成新的单晶层 IC制造工艺 一个VPE系统示意图 IC制造工艺 掩膜（Mask）的制版工艺 IC制造工艺大约有近百个流程，需要十多个到二十多个掩膜 一个掩膜对应一个层加工工艺 掩膜制作类似于照相底片的制作 IC制造工艺 掩膜制造 掩膜通常是涂有特定图形铬薄层的石英玻璃（铬版） 掩膜有整版和单版之分 照相制版工艺： 将版图制作成大幅图片 通过照相缩小成精细底片（初缩） 将精细底片放到步进重复照相机，再次缩小为1:1大小的多个图像并直接印到铬板上 IC制造工艺 图案发生器PG制作工艺（光绘） 用图案发生器可以制作比照相制版更精确的初缩精细底片 通过计算机控制的工作台，将标准格式的数据送到制版装置 氙灯的强光聚焦后在投影平台上制成初缩版 将初缩版放到步进重复照相机，再次缩小为1:1大小的多个图像 IC制造工艺 Ｘ射线制版 Ｘ射线制版工艺过程和可见光制版工艺过程类似 Ｘ射线的波长比可见光短得多，因此制出的掩膜版具有更高的精度 IC制造工艺 电子束扫描法 电子束扫描可以制作更为精确的图形，其分辨率可达50nm 因为精度足够高，电子束扫描可以直接制作铬版 制版步骤： 涂抗蚀剂 电子束曝光 显影和清洗 IC制造工艺 光刻 在微电子制造过程中，光刻是最复杂、最昂贵的关键工艺，其成本占制造总成本的约1/3 对投影光刻技术的要求： IC制造工艺 简单光学曝光系统原理图 光源为可见光、紫外光（UV）、深紫外光（DUV）、极深紫外光（EUV） IC制造工艺 光刻机（aligner）直译为对准器，可见每一层的对准具有很重