集成電路制造工藝76649課件

第四章集成電路制造工藝集成電路設計與制造的主要流程框架設計芯片檢測單晶、外延材料掩膜版芯片制造過程封裝測試系統(tǒng)需求集成電路的設計過程：

設計創(chuàng)意+仿真驗證集成電路芯片設計過程框架From吉利久教授是功能要求行為設計（VHDL）行為仿真綜合、優(yōu)化——網表時序仿真布局布線——版圖后仿真否是否否是Singoff—設計業(yè)—集成電路芯片的顯微照片集成電路的內部單元(俯視圖)N溝道MOS晶體管集成電路制造工藝圖形轉換：將設計在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉移到半導體單晶片上摻雜：根據設計的需要，將各種雜質摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等制膜：制作各種材料的薄膜圖形轉換：光刻光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠受到特定波長光線的作用后，導致其化學結構發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改變正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠負膠：分辨率差，適于加工線寬≥3m的線條圖形轉換：光刻幾種常見的光刻方法接觸式光刻：分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個很小的間隙(10～25m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式三種光刻方式圖形轉換：光刻超細線條光刻技術甚遠紫外線(EUV)電子束光刻X射線離子束光刻圖形轉換：刻蝕技術濕法腐蝕：濕法化學刻蝕在半導體工藝中有著廣泛應用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點是選擇性好、重復性好、生產效率高、設備簡單、成本低缺點是鉆蝕嚴重、對圖形的控制性較差干法刻蝕濺射與離子束銑蝕：通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差等離子刻蝕(PlasmaEtching)：利用放電產生的游離基與材料發(fā)生化學反應，形成揮發(fā)物，實現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對襯底損傷較小，但各向異性較差反應離子刻蝕(ReactiveIonEtching，簡稱為RIE)：通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學反應雙重作用刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點，同時兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。目前，RIE已成為VLSI工藝中應用最廣泛的主流刻蝕技術擴散與離子注入摻雜：將需要的雜質摻入特定的半導體區(qū)域中，以達到改變半導體電學性質，形成PN結、電阻、歐姆接觸磷(P)、砷(As)——N型硅硼(B)——P型硅摻雜工藝：擴散、離子注入雜質橫向擴散示意圖固態(tài)源擴散：如B2O3、P2O5、BN等利用液態(tài)源進行擴散的裝置示意圖離子注入系統(tǒng)的原理示意圖離子注入到無定形靶中的高斯分布情況退火退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮氣等不活潑氣氛中進行的熱處理過程都可以稱為退火。激活雜質：使不在晶格位置上的離子運動到晶格位置，以便具有電活性，產生自由載流子，起到雜質的作用消除損傷退火方式：爐退火快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源(如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設備等)氧化硅層的主要作用在MOS電路中作為MOS器件的絕緣柵介質，器件的組成部分擴散時的掩蔽層，離子注入的(有時與光刻膠、Si3N4層一起使用)阻擋層作為集成電路的隔離介質材料作為電容器的絕緣介質材料作為多層金屬互連層之間的介質材料作為對器件和電路進行鈍化的鈍化層材料SiO2的制備方法熱氧化法干氧氧化水蒸汽氧化濕氧氧化干氧－濕氧－干氧(簡稱干濕干)氧化法氫氧合成氧化化學氣相淀積法熱分解淀積法濺射法進行干氧和濕氧氧化的氧化爐示意圖化學汽相淀積(CVD)化學汽相淀積(ChemicalVaporDeposition)：通過氣態(tài)物質的化學反應在襯底上淀積一層薄膜材料的過程CVD技術特點：具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和重復性好、臺階覆蓋優(yōu)良、適用范圍廣、設備簡單等一系列優(yōu)點CVD方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需要的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬)等化學汽相淀積(CVD)常壓化學汽相淀積(APCVD)低壓化學汽相淀積(LPCVD)等離子增強化學汽相淀積(PECVD)APCVD反應器的結構示意圖LPCVD反應器的結構示意圖平行板型PECVD反應器的結構示意圖化學汽相淀積(CVD)單晶硅的化學汽相淀積(外延)：一般地，將在單晶襯底上生長單晶材料的工藝叫做外延，生長有外延層的晶體片叫做外延片二氧化硅的化學汽相淀積：可以作為金屬化時的介質層，而且還可以作為離子注入或擴散的掩蔽膜，甚至還可以將摻磷、硼或砷的氧化物用作擴散源低溫CVD氧化層：低于500℃中等溫度淀積：500～800℃高溫淀積：900℃左右化學汽相淀積(CVD)多晶硅的化學汽相淀積：利用多晶硅替代金屬鋁作為MOS器件的柵極是MOS集成電路技術的重大突破之一，它比利用金屬鋁作為柵極的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅柵技術可以實現(xiàn)源漏區(qū)自對準離子注入，使MOS集成電路的集成度得到很大提高。氮化硅的化學汽相淀積：中等溫度(780～820℃)的LPCVD或低溫(300℃)PECVD方法淀積物理氣相淀積(PVD)蒸發(fā)：在真空系統(tǒng)中，金屬原子獲得足夠的能量后便可以脫離金屬表面的束縛成為蒸汽原子，淀積在晶片上。按照能量來源的不同，有燈絲加熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種濺射：真空系統(tǒng)中充入惰性氣體，在高壓電場作用下，氣體放電形成的離子被強電場加速，轟擊靶材料，使靶原子逸出并被濺射到晶片上蒸發(fā)原理圖集成電路工藝圖形轉換：光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻、電子束光刻刻蝕：干法刻蝕、濕發(fā)刻蝕摻雜：離子