集成電路制造工藝及常用設(shè)備培訓(xùn)課件

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是氧化時間。τ

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

擴散反應(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、鈍化效果好，與光刻膠的接觸良好，光刻時不易浮膠。

●

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

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

在實際工藝應(yīng)用中，生長高質(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，一般采用干氧—濕氧—干氧的方式，既保證了所需的厚度，縮短了氧化時間，又改善了表面的完整性和解決了光刻時的浮膠問題。

●熱氧化生長的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。●離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2.離子注入●擴散法摻雜時受到化學(xué)結(jié)合力、擴散系數(shù)及固溶度等方面的限制，而離子注入是一個物理過程，所以它可以注入各種元素。●擴散法是在高溫下?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）。●離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散時只能采用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散時，雜質(zhì)在縱向擴散的同時進(jìn)行橫向擴散，兩者幾乎一樣，而離子注入的橫向擴散很小。在離離子子注注入入機機中中，，利利用用電電流流積積分分儀儀測測量量注注入入的的離離子子總總數(shù)數(shù)N：式中中：：NS單位位面面積積的的注注入入劑劑量量（（個個/cm2），，S是掃掃描描面面積積（（cm2），，q是一一個個離離子子的的電電荷荷（（1.6××10-19庫侖侖）），，Q是注注入入到到靶靶中中的的總總電電荷荷量量（（庫庫侖侖）），，i是注注入入的的束束流流（（安安培培）），，t是注注入入時時間間（（秒秒））。。電流流積積分分儀儀（6-8）如果果束束流流是是穩(wěn)穩(wěn)定定的的電電流流I，則則：：（6-9）（6-10）其中中：：NS單位位面面積積的的注注入入劑劑量量（（個個/cm2），，S是掃掃描描面面積積（（cm2），，q是一一個個離離子子的的電電荷荷（（1.6××10-19庫侖侖）），，I是注注入入的的束束流流（（安安培培）），，t是注注入入時時間間（（秒秒））。。例題題：：如如果果注注入入劑劑量量是是5××1015，束束流流1mA，求求注注入入一一片片6英寸寸硅硅片片的的時時間間t=（1.6××10-19×5××1015×3.14××7.52）/1××10-3=141秒根據(jù)據(jù)公公式式（4-6）注入入劑劑量量、、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)偏偏差差和和峰峰值值濃濃度度之之間間的的近近似似關(guān)關(guān)系系：：（6-14）對于于原原來來原原子子排排列列有有序序的的晶晶體體，，由由于于離離子子注注入入，，在在晶晶體體中中將將大大量量產(chǎn)產(chǎn)生生缺缺陷陷，，如如空空位位等等。。對對于于高高能能、、大大劑劑量量的的重重離離子子注注入入到到硅硅單單晶晶中中，，如如As+，將將使使局局部部晶晶體體變變成成非非晶晶體體。。離子子注注入入的的損損傷傷和和退退火火效效應(yīng)應(yīng)注入入的的離離子子在在硅硅單單晶晶中中往往往往處處于于間間隙隙位位置置，，一一般般不不能能提提供供導(dǎo)導(dǎo)電電性性能能，，因因此此，，必必須須要要使使注注入入的的雜雜質(zhì)質(zhì)原原子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入入替替位位位位置置以以實實現(xiàn)現(xiàn)電電激激活活。。注入入離離子子的的激激活活離子子注注入入后后的的熱熱退退火火高能能粒粒子子撞撞擊擊硅硅片片表表面面，，造造成成晶晶格格損損傷傷，，因因此此為為了了消消除除離離子子注注入入造造成成的的損損傷傷和和激激活活注注入入的的雜雜質(zhì)質(zhì)離離子子，，離離子子注注入入后后必必須須要要進(jìn)進(jìn)行行熱熱退退火火。。最最常常用用的的是是在在950℃℃高溫溫爐爐中中在在氮氮氣氣保保護(hù)護(hù)下下，，退退火火15～30分鐘鐘。。熱熱退退火火后后對對雜雜質(zhì)質(zhì)分分布布將將產(chǎn)產(chǎn)生生影影響響，，LSS理論論的的射射程程RP和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)偏偏差差ΔRp要作作修修正正。。光刻刻膠膠應(yīng)應(yīng)該該具具有有以以下下基基本本性性能能：：靈敏敏度度高高；；分分辨辨率率高高；；同同襯襯底底有有很很好好的的粘粘附附性性，，膠膠膜膜表表面面沾沾性性小?。?；膠膠膜膜致致密密性性好好，，無無針針孔孔；；圖圖形形邊邊緣緣陡陡直直，，無無鋸鋸齒齒狀狀；；顯顯影影后后留留膜膜率率高高，，不不留留底底膜膜或或其其它它顆顆粒粒物物質(zhì)質(zhì)；；在在顯顯影影液液和和其其它它腐腐蝕蝕劑劑里里抗抗蝕蝕性性強強、、抗抗溶溶漲漲性性好好；；去去膠膠容容易易，，不不留留殘殘渣渣；；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)備簡單、、分辨率高的的優(yōu)點。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對光刻膠的影影響等優(yōu)點。。由于接觸式式曝光時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，圖形的的缺陷少，管管芯的成品率率高，但是缺缺點是分辨率率低，同時機機器操作比接接觸式曝光機機復(fù)雜、價格格也稍貴。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●好的臺階覆蓋蓋（stepcoverage）能力。●填充高的深寬寬比間隙的能能力。●好的厚度均勻勻性?！窀呒兌群透呙苊芏取！袷芸刂频幕瘜W(xué)學(xué)劑量?！窀叨鹊慕Y(jié)構(gòu)完完整性和低的的膜應(yīng)力。●好的電學(xué)性能能。●對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或濺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或濺射等方式式制作薄膜的的最大優(yōu)點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、、介電強度、、臺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H2O、O2、Na、Al、Ga、In等都具有極強強的擴散阻擋擋能力。特別別是對H2O和Na的強力阻擋作作用，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、堅膜膜、刻蝕Si3N4去膠、清洗、、場區(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作為硅芯片片的保護(hù)膜膜鋁焊盤鈍化層鈍化結(jié)構(gòu)SiO2/SiPSG/SiO2

/SiSi3N4

/SiSi3N4/SiO2

/Si可動離子密度(/cm2)＞1013

4.3×1012

6.5×10106.6×1010不同材料的的阻鈉能力力雖然Si3N4/Si結(jié)構(gòu)具有最最好的阻鈉鈉能力，實實際上由于于界面存在在極大的應(yīng)應(yīng)力與極高高的界面態(tài)態(tài)密度，所所以都采用用Si3N4/SiO2/Si結(jié)構(gòu)。4.3鋁布線的優(yōu)優(yōu)缺點■能長期工作作優(yōu)點■同硅或多晶晶硅能形成成歐姆接觸觸■電阻率能滿滿足微米和和亞微米電電路的要求求■與SiO2有良好的附附著性■臺階的覆蓋蓋性好■易于淀積和和刻蝕■易于鍵合缺點■在大電流密密度下容易易產(chǎn)生金屬屬離子電遷移現(xiàn)象象，導(dǎo)致電電極短路。。■鋁硅之間容容易產(chǎn)生““鋁釘”，，深度可達(dá)1μm，所以對于于淺結(jié)工藝藝很容易造造成PN結(jié)短路。5.1濺射根據(jù)采用的的電源種類類，等離子子體濺射有有兩種方式式：直流陰陰極濺射和和射頻濺射射。直流陰極濺濺射是荷能能粒子（一一般采用正正離子）轟轟擊處在陰陰極的靶材材，把靶材材上的原子子濺射到陽陽極的硅片片上。5.等離子體加加工技術(shù)小小結(jié)如果靶材是是絕緣介質(zhì)質(zhì)或?qū)щ姲邪猩鲜芙^緣緣介質(zhì)污染染時，相當(dāng)當(dāng)于在等離離子體與陰陰極之間有有一個電容容器，采用用直流電源源實現(xiàn)濺射射存在困難難，所以對對于絕緣靶靶的濺射一一般采用射射頻（RF）電源，但但是它必須須要在硅片片與靶之間間加一個直直流偏壓。?！漕l濺射直流濺射+EC靶載片臺5.2PECVDPECVD是讓兩種反反應(yīng)氣體在在襯底表面面發(fā)生化學(xué)學(xué)反應(yīng)，如如：PECVD淀積Si3N4。3SiH4＋4NH3→Si3N4＋12H2它的化學(xué)反反應(yīng)同LPCVD完全一樣，，差別就是是反應(yīng)的溫溫度不同。?！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PECVD濺射通常使使用Ar氣，荷能正正離子把靶靶材上的原原子濺射到到硅片上，，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。整個個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+靶載片臺物理方法干干法刻蝕同同濺射的差差別RF陰極陽極（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)活性很很強的原子子團(tuán)，這些些原子團(tuán)擴擴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）之間提供供信號互連連、電源分分配、機械械支撐、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.考試時間（等通知）3.考試地點（（等通知））4.需要攜帶計計算器，畫畫圖時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、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。22:04:3422:04:3422:0412/29/202210:04:34PM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2222:04:3422:04Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。22:04:3422:04:3422:04Thursday,December29,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2222:04:3422:04:34December29,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國國見青青山。。。29十十二二月202210:04:34下下午午22:04:3412月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月2210:04下午12月-2222:04December29,202216、行動出成果果，工作出財財富。。2022/12/2922:04:3422:04:3429December202217、做前，能能夠環(huán)視四四周；做時時，你只能能或者最好好沿著以腳腳為起點的的射線向前前。。10:04:34下下午10:04下午22:04:3412月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結(jié)果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。22:04:3422:04:3422:0412/29/202210:04:34PM11、成功就是日日復(fù)一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2222:04:3422:04Dec-2229-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。22:04:3422:04:3422:04Thursday,December29,202213、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。12月-2212月-2222:04:3422:04:34December29,202214、意意志志堅堅強強的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥塊塊一一樣樣任任意意揉揉捏捏。。29十十二二月月202210:04:34下下午午22:04:3412月月-2215、楚塞三湘湘接，荊門門九派通。。。。十二月2210:04下午12月-2222:04December29,202216、少年十五二二十時，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/2922:04:3422:04:3429December202217、空空山山新新雨雨后