集成電路制造工藝及常用設(shè)備

集成電路制造工藝及常用設(shè)備1.高溫氧化工藝1.1硅的熱氧化

硅的熱氧化是指在高溫下，硅片表面同氧氣或水進(jìn)行反應(yīng)，生成SiO2

。硅的熱氧化有：干氧、濕氧、水汽氧化三種。

如果氧化前已存在厚度為t0

的氧化層，則（3-11）微分方程的解為：（tOX

：是總的氧化層厚度）（4-12）式中在各種工藝條件下，參數(shù)A和B都是已知的，t是氧化時(shí)間。τ

是一個(gè)時(shí)間參數(shù)，單位是小時(shí)（h）。（3-13）1.2硅熱氧化的厚度計(jì)算3.2熱氧化原理和方法O2

擴(kuò)散反應(yīng)SiO2SiSi+O2=SiO2

硅的熱氧化分干氧和濕氧兩種。干氧是在高溫下氧分子與硅表面的原子反應(yīng)生成SiO2

。1.3不同的熱氧化方式生長(zhǎng)的SiO2膜性質(zhì)比較

●

干氧氧化的SiO2膜結(jié)構(gòu)致密，干燥、均勻性和重復(fù)性好、掩蔽能力強(qiáng)、鈍化效果好，與光刻膠的接觸良好，光刻時(shí)不易浮膠。

●

水汽氧化的SiO2膜結(jié)構(gòu)疏松，表面有斑點(diǎn)和缺陷，含水量多，對(duì)雜質(zhì)的掩蔽能力差，所以在工藝中很少單獨(dú)采用。

●濕氧氧化生長(zhǎng)的膜致密性略差于干氧生長(zhǎng)的SiO2膜，但它具有生長(zhǎng)速率快的優(yōu)點(diǎn)，其掩蔽能力和鈍化效果都能滿足一般器件的要求。其缺點(diǎn)是表面有硅烷醇存在，使SiO2膜與光刻膠接觸不良，光刻時(shí)容易浮膠。同時(shí)，濕氧氧化后的Si片表面存在較多的位錯(cuò)和腐蝕坑。

在實(shí)際工藝應(yīng)用中，生長(zhǎng)高質(zhì)量的幾百?的SiO2薄膜一般采用干氧的方式。SiO2薄膜厚度需要幾千?以上時(shí)，一般采用干氧—濕氧—干氧的方式，既保證了所需的厚度，縮短了氧化時(shí)間，又改善了表面的完整性和解決了光刻時(shí)的浮膠問題。

●熱氧化生長(zhǎng)的SiO2薄膜質(zhì)量好，但是反應(yīng)溫度比較高。襯底只能用于單晶硅表面?！耠x子注入可以通過分別調(diào)節(jié)注入離子的能量、數(shù)量，精確地控制摻雜的深度和濃度，所以可以制備理想的雜質(zhì)分布。離子注入的優(yōu)點(diǎn)2.離子注入●擴(kuò)散法摻雜時(shí)受到化學(xué)結(jié)合力、擴(kuò)散系數(shù)及固溶度等方面的限制，而離子注入是一個(gè)物理過程，所以它可以注入各種元素?！駭U(kuò)散法是在高溫下?lián)诫s，離子注入法摻雜一般在室溫下進(jìn)行（也可以在加溫或低溫下進(jìn)行）?！耠x子注入法可以做到高純度的摻雜，避免有害物質(zhì)進(jìn)入硅片?！駸釘U(kuò)散時(shí)只能采用SiO2等少數(shù)耐高溫的介質(zhì)進(jìn)行局部摻雜，但是離子注入法可以采用光刻膠作為掩蔽膜，進(jìn)行局部注入摻雜?！駸釘U(kuò)散時(shí)，雜質(zhì)在縱向擴(kuò)散的同時(shí)進(jìn)行橫向擴(kuò)散，兩者幾乎一樣，而離子注入的橫向擴(kuò)散很小。在離子注注入機(jī)中中，利用用電流積積分儀測(cè)測(cè)量注入入的離子子總數(shù)N：式中：NS單位面積積的注入入劑量（（個(gè)/cm2），S是掃描面面積（cm2），q是一個(gè)離離子的電電荷（1.6××10-19庫(kù)侖），，Q是注入到到靶中的的總電荷荷量（庫(kù)庫(kù)侖），，i是注入的的束流（（安培）），t是注入時(shí)時(shí)間（秒秒）。電流積分分儀（6-8）如果束流流是穩(wěn)定定的電流流I，則：（6-9）（6-10）其中：NS單位面積積的注入入劑量（（個(gè)/cm2），S是掃描面面積（cm2），q是一個(gè)離離子的電電荷（1.6××10-19庫(kù)侖），，I是注入的的束流（（安培）），t是注入時(shí)時(shí)間（秒秒）。例題：如如果注入入劑量是是5×1015，束流1mA，求注入入一片6英寸硅片片的時(shí)間間t=（1.6××10-19×5×1015×3.14××7.52）/1××10-3=141秒根據(jù)公式式（4-6）注入劑量量、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)偏差和和峰值濃濃度之間間的近似似關(guān)系：：（6-14）對(duì)于原來來原子排排列有序序的晶體體，由于于離子注注入，在在晶體中中將大量量產(chǎn)生缺缺陷，如如空位等等。對(duì)于于高能、、大劑量量的重離離子注入入到硅單單晶中，，如As+，將使局部晶晶體變成非晶晶體。離子注入的損損傷和退火效效應(yīng)注入的離子在在硅單晶中往往往處于間隙隙位置，一般般不能提供導(dǎo)導(dǎo)電性能，因因此，必須要要使注入的雜雜質(zhì)原子轉(zhuǎn)入入替位位置以以實(shí)現(xiàn)電激活活。注入離子的激激活離子注入后的的熱退火高能粒子撞擊擊硅片表面，，造成晶格損損傷，因此為為了消除離子子注入造成的的損傷和激活活注入的雜質(zhì)質(zhì)離子，離子子注入后必須須要進(jìn)行熱退退火。最常用用的是在950℃高溫爐中在氮氮?dú)獗Ｗo(hù)下，，退火15～30分鐘。熱退火火后對(duì)雜質(zhì)分分布將產(chǎn)生影影響，LSS理論的射程RP和標(biāo)準(zhǔn)偏差ΔRp要作修正。光刻膠應(yīng)該具具有以下基本本性能：靈敏度高；分分辨率高；同同襯底有很好好的粘附性，，膠膜表面沾沾性??；膠膜膜致密性好，，無針孔；圖圖形邊緣陡直直，無鋸齒狀狀；顯影后留留膜率高，不不留底膜或其其它顆粒物質(zhì)質(zhì)；在顯影液液和其它腐蝕蝕劑里抗蝕性性強(qiáng)、抗溶漲漲性好；去膠膠容易，不留留殘?jiān)?；光刻膠分為正正性光刻膠和和負(fù)性光刻膠膠兩種：正膠是感光部部分顯影時(shí)溶溶解掉，負(fù)膠膠則相反。3.光刻工藝底膜是指顯影影后還有一層層薄薄的膠。。圖形轉(zhuǎn)移工藝藝襯底淀積薄膜勻膠、前烘曝光光掩模版紫外光顯影、堅(jiān)膜腐蝕蝕去膠膠正膠負(fù)膠勻膠正膠和負(fù)膠曝光↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓掩膜版紫外光顯影正膠感光區(qū)域域溶于顯影液液負(fù)膠未感光區(qū)區(qū)域溶于顯影影液光學(xué)曝光的三三種曝光方式式接觸式曝光接近式曝光投影式曝光接觸式曝光接觸式曝光是是掩膜板直接接同光刻膠接接觸，它具有有設(shè)備簡(jiǎn)單、、分辨率高的的優(yōu)點(diǎn)。它分分成真空接觸觸、硬接觸和和軟接觸三種種方式，其中中真空接觸具具有接觸力均均勻、掩膜變變形小和可以以消除氧氣對(duì)對(duì)光刻膠的影影響等優(yōu)點(diǎn)。。由于接觸式式曝光時(shí)掩膜膜版同光刻膠膠直接接觸，，所以掩膜版版容易損傷，，圖形缺陷多多、管芯成品品率低、不適適合VLSI生產(chǎn)。接近式曝光接近式曝光是是掩膜版同光光刻膠離開10～50μm，所以掩膜版版不容易被損損傷，掩膜版版的使用壽命命長(zhǎng)，圖形的的缺陷少，管管芯的成品率率高，但是缺缺點(diǎn)是分辨率率低，同時(shí)機(jī)機(jī)器操作比接接觸式曝光機(jī)機(jī)復(fù)雜、價(jià)格格也稍貴。投影式曝光光刻工藝中的的投影式曝光光分1:1、4:1、5:1幾種。投影式曝光的的掩模版同硅硅片不接觸，，對(duì)于4:1、5:1縮小的投影曝曝光，可以得得到更小的圖圖形尺寸，可可以減少掩模模版上缺陷（（如灰塵等顆顆粒）對(duì)成品品率的影響。。stepper是IC制造工藝中最最重要的設(shè)備備，也是最昂昂貴的設(shè)備，，特殊的光刻工工藝LIGA技術(shù)剝離技術(shù)（LiftOff）膜的工藝要求求●好的臺(tái)階覆蓋蓋（stepcoverage）能力?！裉畛涓叩纳顚拰挶乳g隙的能能力?！窈玫暮穸染鶆騽蛐??！窀呒兌群透呙苊芏?。●受控制的化學(xué)學(xué)劑量。●高度的結(jié)構(gòu)完完整性和低的的膜應(yīng)力。●好的電學(xué)性能能?！駥?duì)襯底材料或或下層膜好的的粘附性。4.薄膜工藝4.1CVD法制作SiO2薄膜APCVD、LPCVD、PECVD或?yàn)R射等方式式都可以得到到SiO2薄膜。這種制制作二氧化硅硅薄膜的方法法同硅的熱氧氧化制作二氧氧化硅有著本本質(zhì)上的區(qū)別別：前者是同同襯底材質(zhì)沒沒有關(guān)系，二二氧化硅是淀淀積到襯底上上去的；后者者是硅襯底直直接同氧或水水在高溫下進(jìn)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)應(yīng)生成二氧化化硅。采用LPCVD、PECVD或?yàn)R射等方式式制作薄膜的的最大優(yōu)點(diǎn)是是工作溫度比比較低，其中中LTO的工作溫度是是620℃左右，PECVD方式淀積SiO2的溫度可以在在200℃以下。不同的的淀積方式、、用不同的源源淀積的SiO2在密度、折射射率、應(yīng)力、、介電強(qiáng)度、、臺(tái)階覆蓋和和腐蝕速率等等各方面性能能上都有很大大差別。濺射射方式制作SiO2薄膜的溫度度低、質(zhì)量好好，但是效率率低、成本高高。Si3N4在器件制造中中可以用作鈍鈍化膜、局部部氧化擴(kuò)散掩掩膜、硅濕法法腐蝕的掩蔽蔽膜、絕緣介介質(zhì)膜以及雜雜質(zhì)或缺陷的的萃取膜。它它最重要的性性質(zhì)是對(duì)H2O、O2、Na、Al、Ga、In等都具有極強(qiáng)強(qiáng)的擴(kuò)散阻擋擋能力。特別別是對(duì)H2O和Na的強(qiáng)力阻擋作作用，使它成成為一種較理理想的鈍化材材料。4.2Si3N4薄膜的性質(zhì)勻膠、曝光、、顯影、堅(jiān)膜膜、刻蝕Si3N4去膠、清洗、、場(chǎng)區(qū)氧化1μmSi3N4作為硅片高溫溫局部氧化的的掩蔽層Si3N4膜〈100〉/〈〈111〉〉的腐蝕比達(dá)400：1Si3N4Si3N4作為硅片濕法法腐蝕的掩蔽蔽膜Si3N4作為硅芯片的的保護(hù)膜鋁焊盤鈍化層鈍化結(jié)構(gòu)SiO2/SiPSG/SiO2

/SiSi3N4

/SiSi3N4/SiO2

/Si可動(dòng)離子密度(/cm2)＞1013

4.3×1012

6.5×10106.6×1010不同材料的阻阻鈉能力雖然Si3N4/Si結(jié)構(gòu)具有最好好的阻鈉能力力，實(shí)際上由由于界面存在在極大的應(yīng)力力與極高的界界面態(tài)密度，，所以都采用用Si3N4/SiO2/Si結(jié)構(gòu)。4.3鋁布線的優(yōu)缺缺點(diǎn)■能長(zhǎng)期工作優(yōu)點(diǎn)■同硅或多晶硅硅能形成歐姆姆接觸■電阻率能滿足足微米和亞微微米電路的要要求■與SiO2有良好的附著著性■臺(tái)階的覆蓋性性好■易于淀積和刻刻蝕■易于鍵合缺點(diǎn)■在大電流密度度下容易產(chǎn)生生金屬離子電遷移現(xiàn)象，，導(dǎo)致電極短短路。■鋁硅之間容易易產(chǎn)生“鋁釘釘”，深度可可達(dá)1μm，所以對(duì)于淺淺結(jié)工藝很容容易造成PN結(jié)短路。5.1濺射根據(jù)采用的電電源種類，等等離子體濺射射有兩種方式式：直流陰極極濺射和射頻頻濺射。直流陰極濺射射是荷能粒子子（一般采用用正離子）轟轟擊處在陰極極的靶材，把把靶材上的原原子濺射到陽(yáng)陽(yáng)極的硅片上上。5.等離子體加工工技術(shù)小結(jié)如果靶材是絕絕緣介質(zhì)或?qū)?dǎo)電靶上受絕絕緣介質(zhì)污染染時(shí)，相當(dāng)于于在等離子體體與陰極之間間有一個(gè)電容容器，采用直直流電源實(shí)現(xiàn)現(xiàn)濺射存在困困難，所以對(duì)對(duì)于絕緣靶的的濺射一般采采用射頻（RF）電源，但是是它必須要在在硅片與靶之之間加一個(gè)直直流偏壓?！漕l濺射直流濺射+EC靶載片臺(tái)5.2PECVDPECVD是讓兩種反應(yīng)應(yīng)氣體在襯底底表面發(fā)生化化學(xué)反應(yīng)，如如：PECVD淀積Si3N4。3SiH4＋4NH3→Si3N4＋12H2它的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)同LPCVD完全一樣，差差別就是反應(yīng)應(yīng)的溫度不同同?！漕l濺射EC濺射同PECVD的差別RF電源真空泵反應(yīng)氣體靶載片臺(tái)PECVD濺射通常使用用Ar氣，荷能正離離子把靶材上上的原子濺射射到硅片上，，而PECVD是兩種反應(yīng)應(yīng)氣體在等等離子體中中分解為具具有高活性性的反應(yīng)粒粒子，這些些活性反應(yīng)應(yīng)粒子在襯襯底表面發(fā)發(fā)生化學(xué)反反應(yīng)生成薄薄膜。5.3等離子體刻刻蝕物理方法干干法刻蝕是是利用輝光光放電將惰惰性氣體，，例如氬氣氣（Ar），解離成成帶正電的的離子，再再利用偏壓壓將離子加加速，轟擊擊被刻蝕物物的表面，，并將被刻刻蝕物材料料的原子擊擊出。整個(gè)個(gè)過程完全全是物理上上的能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，所以以稱為物理理性刻蝕。。物理干法刻刻蝕直流濺射+靶載片臺(tái)物理方法干干法刻蝕同同濺射的差差別RF陰極陽(yáng)極（或離離子源）Ar抽真空RIE是反應(yīng)離子子刻蝕，它它依靠低壓壓刻蝕氣體體在電場(chǎng)加加速作用下下輝光放電電而生成帶帶電離子、、分子、電電子以及化化學(xué)活性很很強(qiáng)的原子子團(tuán)，這些些原子團(tuán)擴(kuò)擴(kuò)散到被刻刻蝕材料表表面，與被被刻蝕材料料表面原子子發(fā)生化學(xué)學(xué)反應(yīng)，形形成揮發(fā)性性的反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物并隨氣氣流被真空空泵抽走，，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)刻蝕。而而PECVD是兩種反應(yīng)應(yīng)氣體在等等離子體中中分解為具具有高活性性的反應(yīng)粒粒子，這些些活性反應(yīng)應(yīng)粒子在襯襯底表面發(fā)發(fā)生化學(xué)反反應(yīng)生成薄薄膜。襯底底需要加熱熱。RIE同PECVD的差別生長(zhǎng)SiO2腐蝕SiO2淀積多晶硅硅光刻SiO2光刻多晶硅硅Poly-Si6.MEMS器件制造要選擇好合合適的犧牲牲層！管芯（Chip）外殼（package）器件（device）＋packaging封裝工藝封裝就是給給管芯（chip）與線路板板（PCB）之間提供供信號(hào)互連連、電源分分配、機(jī)械械支撐、環(huán)環(huán)境保護(hù)和和導(dǎo)熱通道道。7.封裝工藝關(guān)于考試1.閉卷考試；；2.考試時(shí)間（等通知）3.考試地點(diǎn)（（等通知））4.需要攜帶計(jì)計(jì)算器，畫畫圖時(shí)可用用直尺也可可不用。9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黃黃葉樹，，燈下白白頭人。。。22:04:3422:04:3422:0412/29/202210:04:34PM11、以我我獨(dú)沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2222:04:3422:04Dec-2229-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。22:04:3422:04:3422:04Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢(mèng)夢(mèng)，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2222:04:3422:04:34December29,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國(guó)國(guó)見青青山。。。29十十二二月202210:04:34下下午午22:04:3412月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月2210:04下下午12月-2222:04December29,202216、行行動(dòng)動(dòng)出出成成果果，，工工作作出出財(cái)財(cái)富富。。。。2022/12/2922:04:3522:04:3529December202217、做前，能能夠環(huán)視四四周；做時(shí)時(shí)，你只能能或者最好好沿著以腳腳為起點(diǎn)的的射線向前前。。10:04:35下下午10:04下午22:04:3512月-229、沒有有失敗敗，只只有暫暫時(shí)停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。22:04:3522:04:3522:0412/29/202210:04:35PM11、成功就是是日復(fù)一日日那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努力力的積累。。。12月-2222:04:3522:04Dec-2229-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對(duì)對(duì)圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。22:04:3522:04:3522:04Thursday,December29,202213、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2222:04:3522:04:35December29,202214、意志志堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥塊一一樣任任意揉揉捏。。29十十二二月月202210:04:35下下午午22:04:3512月月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荊荊門門九九派派通通。。。。。十二二月月2210:04下下午午12月月-2222:04December29,202216、少年十十五二十十時(shí)，步步行奪得得胡馬騎騎。。2022/12/2922:04:3522:04:3529December202217、空山新雨雨后，天氣氣晚來秋。。。10:04:35下下午10:04下午22:04:3512月-229、楊柳柳散和和風(fēng)，，青山山澹吾吾慮。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,20