第3章微電子概論IC制造工藝ppt課件.ppt

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1、第3章IC制造工藝§3.1硅平面工藝§3.2氧化絕緣層工藝§3.3擴散摻雜工藝§3.4光刻工藝§3.5掩模制版技術§3.6外延生長工藝§3.7金屬層制備工藝§3.8隔離工藝技術§3.9CMOS集成電路工藝流程主要內容集成電路的核心是半導體器件包括：電阻電容電感二極管三極管結型場效應晶體管MOS場效應晶體管.......不同類型的半導體區(qū)域和它們之間一個或多個PN結組成半導體器件生產(chǎn)工藝的基本原理根據(jù)電路設計要求，在半導體材料不同區(qū)域形成不同導電區(qū)域（P型以及N型）進而形成一個或多個PN結1950年，合金法制備的晶體管即合金管半導體器件工藝技術發(fā)展的三個階段滲入距

2、離總是難以控制的1955年，發(fā)明擴散技術，擴散能夠精確控制為了能夠精確控制PN結的位置以及寬度等1960年，硅平面工藝是半導體器件制造技術最重要的里程碑。綜合了擴散技術和二氧化硅掩膜技術二氧化硅能有效抑制大部分施主和受主雜質的擴散，可以選擇性地進行擴散，得到不同的P（N）區(qū)域。晶片（Wafer）：襯底硅片，也稱為晶圓芯片（Chip）：在晶片上經(jīng)制備出的晶體管或電路。同一晶片上可制備出成千上萬個結構相同的芯片晶片尺寸越大技術難度就越高目前晶片尺寸在150~300mm(6~12inch)相應的生產(chǎn)線為6、12inch?！?.2氧化工藝氧化是平面工藝中最核心的技術之一

3、。1957年，發(fā)現(xiàn)SiO2層具有阻止施主或受主雜質向硅內擴散的作用，掩蔽作用。選擇性擴散前均要進行氧化，在晶片的表面生長二氧化硅薄膜。把不需擴散的區(qū)域用一定厚度的SiO2保護起來對擴散雜質起掩蔽作用可作為MOS器件的絕緣層，柵極氧化層用作集成電路中的隔離介質和絕緣介質（有源層及導線層之間的絕緣層）。作為集成電路中的電容器介質。對器件表面起保護鈍化作用。因半導體表面態(tài)對器件的影響非常大，采用氧化層保護可防止環(huán)境對器件的污染。一.SiO2薄膜在集成電路中的作用SiO2的基本性質晶體結構：結晶型(石英玻璃)非晶態(tài)半導體器件生產(chǎn)所用的SiO2薄膜屬于非晶態(tài)結構。物理性質

4、惰性材料，在室溫相當寬的范圍內，性能十分穩(wěn)定；電阻率非常高，熱氧化的SiO2薄膜為1015歐姆·厘米，是很好的絕緣材料，高介電常數(shù)。二.SiO2薄膜的生長方法工藝：氧化熱氧化化學氣相沉積氧氣氧化氫氧合成氧化高壓氧化熱氧化過程氧化前氧化后氧氣法氧化按照氧氣的情況干法氧化濕法氧化?干氧生成的SiO2結構致密、干燥、均勻性和重復性好，掩蔽能力強，與光刻膠粘附好等優(yōu)點?干氧化速率慢，由于已生長的SiO2對氧有阻礙作用，氧化的速度會逐漸降低，O2Si（固體）+O2→SiO2（固體）?干法氧化將硅片置于通有氧氣的高溫環(huán)境內，通過到達硅表面的氧原子與硅的作用發(fā)生反應形成SiO

5、2。將石英管高溫加熱至1000℃以上，通入氧氣。石英管加熱器硅片石英舟高溫下，硅與水汽和氧氣發(fā)生如下反應：濕法氧化Si（固體）+2H2O→SiO2（固體）+2H2濕氧氧化速率快，水的擴散系數(shù)大于氧氣。但致密度較差，對P的掩蔽能力差，于光刻膠的接觸不良。石英管高純水加熱器硅片石英舟濕O295度的去離子水硅干法氧化濕法氧化干法氧化實際氧化工藝：干氧化濕氧化干氧化氫氧合成氧化Si（固體）+2H2O→SiO2（固體）+2H2氧化速度快，避免濕法氧化中水蒸氣對器件帶來的污染，薄膜質量好，純度高。高壓氧化化學汽相沉積法CVD把一種(幾種)元素的氣體共給基片，利用某種方式激活

6、后，在襯底表面處發(fā)生化學反應，沉積所需的固體薄膜。激活方式：加熱、等離子體、紫外光、激光等產(chǎn)生高溫多晶硅、氮化硅、氧化物、碳化物等多種無機薄膜制備氧化硅時：硅烷與氧的反應800-1000℃102Pa產(chǎn)量大，膜厚均勻600-700℃射頻電場，200-400℃3.SiO2薄膜的要求和檢測方法?SiO2薄膜的要求表面：表面厚度均勻、表面致密、無斑點、無白霧?SiO2薄膜的厚度測量表面觀察法(TEM)、干涉法、橢圓激光偏振法等。最常用的是干涉條紋法。4.氧化技術的發(fā)展趨勢和面臨問題?隨著集成電路的集成度不斷提高，器件尺寸的不斷減小，使MOS器件的柵氧化層厚度的不斷減小。

7、柵氧化層厚度從100nm（1975年）減小到目前的2nm。?柵氧化層厚度越薄，則漏電和擊穿問題越嚴重，所以需要開發(fā)高介質的柵氧化層材料。?隨著集成電路尺寸的不斷減小，布線間距縮小電容明顯增大，使得器件的延遲增大速度變慢。減小布線電容的有效方法就是采用低介質常數(shù)的材料作層間絕緣。1、擴散定律由于濃度不均勻而導致載流子（電子或空穴）從高濃度處向低濃度處逐漸運動的過程擴散§3.3擴散摻雜工藝目的通過摻雜或補償，制作N型或P型區(qū)域間隙擴散（interstitialdiffusion）是擴散原子在點陣的間隙位置之間跳遷而導致的擴散。摻雜原子獲得能量后，通過占據(jù)主原子的位置

8、發(fā)生的擴散，稱為替位式擴