04微电子概论半导体工艺技术知识.ppt

半导体器件工艺; 集成电路的制造需要非常复杂的技术，它主要由半导体物理与器件专业负责研究。VLSI设计者可以不去深入研究，但是作为从事系统设计的工程师，有必要了解芯片设计中的工艺基础知识，才能根据工艺技术的特点优化电路设计方案。对于电路和系统设计者来说，更多关注的是工艺制造的能力，而不是工艺的具体实施过程。 由于SOC的出现，给IC设计者提出了更高的要求，也面临着新的挑战：设计者不仅要懂系统、电路，也要懂工艺、制造。;2.集成电路设计与制造的主要流程框架;—制造业—;集成电路芯片的显微照片;集成电路的内部单元(俯视图);沟道长度为0.15微米的晶体管; 50?m;CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)：目前应用最为广泛的一种集成电路，约占集成电路总数的95%以上。;集成电路制造工艺;第一章、晶体的生长和外延;1.硅的基本性能;2.硅片的制备;3. 硅圆片工艺;直拉单晶硅;;4.硅片直径变大的好处; 5、外延工艺 1）外延工艺概述 定义:外延(epitaxy)是在单晶衬底上生长一 层单晶膜的技术。新生单晶层按衬底晶 相延伸生长，并称此为外延层。长了外 延层的衬底称为外延片。 ; 图1－1 Si表面原子分辨图象显示出平台是由Si的二聚物行列组成，这些二聚物行列每生长一层 则改变其取向。;2）CVD:Chemical Vapor Deposition(化学汽相淀积）;材料异同 ◆ 同质结Si-Si ◆ 异质结GaAs--AlxGa(1-x) As, Ge-Si Ge-Si 温度：外延高温1000℃以上 CVD低温1000℃以下 ;3）硅气相外延工艺;第二章、薄膜淀积;1、氧化工艺（Oxidation） －在硅片表面生成一层二氧化硅膜;;氧化膜的生长方法;氧化工艺;SiO2的制备方法;进行干氧和湿氧氧化的氧化炉示意图;2、化学汽相淀积(CVD);化学汽相淀积(CVD)分类;APCVD反应器的结构示意图; LPCVD反应器的结构示意图;平行板型PECVD反应器的结构示意图;单晶硅的化学汽相淀积(外延)：一般地，将在单晶衬底上生长单晶材料的工艺叫做外延，生长有外延层的晶体片叫做外延片 二氧化硅的化学汽相淀积：可以作为金属化时的介质层，而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜，甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源 低温CVD氧化层：低于500℃ 中等温度淀积：500～800℃ 高温淀积：900℃左右;多晶硅的化学汽相淀积：利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS集成电路技术的重大突破之一，它比利用金属铝作为栅极的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅栅技术可以实现源漏区自对准离子注入，使MOS集成电路的集成度得到很大提高。 氮化硅的化学汽相淀积：中等温度(780～820℃)的LPCVD或低温(300℃) PECVD方法淀积;3、物理气相淀积(PVD);PVD 金属化：溅射和蒸发;（1）蒸发;蒸发原理图;蒸发Al工艺;电子束蒸发;（2）溅射;直流溅射; 等离子四极溅射;高频溅射;集成电路制造工艺;第三章、图形曝光与刻蚀;1、图形转换：光刻;三种光刻方式;接触式光刻机;光刻工序：光刻胶的涂覆→爆光→显影→刻蚀→去胶;集成电路的集成度主要由光刻工艺到底能形成多么精细的图形(分辨率，清晰度)，以及与其它层的图形有多高的位置吻合精度(套刻精度)来决定的。因此，为提高光刻工艺的精度，除利用性能优良的光刻胶外，还需要有性能良好的曝光系统。;2.常见的光刻曝光方法;投影式曝光;Wafer Stepper;3、图形转换：刻蚀技术;1)湿法刻蚀;湿法化学腐蚀;湿法化学腐蚀;湿法化学腐蚀;2)干法刻蚀;干法等离子体腐蚀;干法等离子体腐蚀;等离子刻蚀设备;3) 净化和清洗;净化;第四章、杂质掺杂;1、扩散;替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位： Ⅲ、Ⅴ族元素 一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 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，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙： 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;杂质横向扩散示意图;扩散工艺主要参数;扩散方式;利用液态源进行扩散的装置示意图;固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等;液态源扩散硼B;液态源扩散磷P;固态源扩散;固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等;2.离子注入;离子注入;离子注入系统的原理示意图;离子注入到无定形靶中的高斯分布情况;3.退 火;退火作用和方式;普通热退火： 退火时间通常为15--30min，使 用通常的扩散炉，在