集成電路制造工藝73952課件

集成電路制造工藝

圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上。摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)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?；静襟E：硅片準(zhǔn)備、外延、氧化、摻雜、淀積、刻蝕、光刻硅片準(zhǔn)備

光刻（Lithography）

圖形轉(zhuǎn)移：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上。光刻的基本原理：利用光敏抗蝕涂層（光刻膠）發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合刻蝕方法在各種薄膜上生成合乎要求的圖形，以實(shí)現(xiàn)、形成金屬電極和布線或表面鈍化的目的。光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)

–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(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體。

–光刻膠受到特定波長(zhǎng)光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)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（曝光后可溶）：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(fù)膠（曝光后不可溶）：分辨率差，適于加工線寬≥3m的線條。插圖fig.4.6正膠：曝光后可溶負(fù)膠：曝光后不可溶亮場(chǎng)版和暗場(chǎng)版

圖4.7圖形轉(zhuǎn)移：刻蝕技術(shù)濕法刻蝕：利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法。濕法化學(xué)刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕。優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低。缺點(diǎn)是鉆蝕嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差。濕法刻蝕一般都是各向同性的，即橫向和縱向的腐蝕速率相同。干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等)與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過(guò)轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的。濺射與離子束銑蝕：通過(guò)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(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各向異性較差。反應(yīng)離子刻蝕(ReactiveIonEtching，簡(jiǎn)稱為RIE)：過(guò)活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。目前，RIE已成為VLSI工藝中應(yīng)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)。摻雜工藝（Doping）

摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達(dá)到改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成PN結(jié)、電阻、歐姆接觸。摻入的雜質(zhì)主要是：

磷(P)、砷(As)——N型硅

硼(B)——P型硅摻雜工藝主要包括：擴(kuò)散（diffusion)、離子注入(ionimplantation)。擴(kuò)散擴(kuò)散由雜質(zhì)、溫度物質(zhì)決定的擴(kuò)散系數(shù)來(lái)決定。替位式擴(kuò)散：溫度高，擴(kuò)散系數(shù)低。間隙式擴(kuò)散：溫度低，擴(kuò)散系數(shù)高（比替位式擴(kuò)散大6~7個(gè)數(shù)量級(jí)），必須嚴(yán)防間隙雜質(zhì)進(jìn)入擴(kuò)散、氧化、退火系統(tǒng)。選擇性擴(kuò)散：用氧化層作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽層?？v向擴(kuò)散的同時(shí)，存在橫向擴(kuò)散。（0.8xj)擴(kuò)散方法主要有固態(tài)源擴(kuò)散和液態(tài)源擴(kuò)散。兩步擴(kuò)散法：事先進(jìn)行預(yù)擴(kuò)散（預(yù)淀積），再擴(kuò)散使擴(kuò)散層推進(jìn)到預(yù)期的深度（再擴(kuò)散）。擴(kuò)散適于結(jié)較深（0.3m)、線條較粗（3m)器件。離子注入：將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù)，摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定。離子注入的深度由注入離子的能量和離子的質(zhì)量決定，可以得到精確結(jié)深，尤其是淺結(jié)。低溫（600oC）、摻雜均勻性好、離子注入劑量可精確控制，重復(fù)性好、橫向擴(kuò)散比縱向擴(kuò)散小得多?？梢宰⑷敫鞣N各樣的元素并可以對(duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜。多數(shù)注入離子停留在與硅晶格位置不一致的位置上，不具有電活性，需要退火處理，激發(fā)電活性。離子注入退火（Annealing）退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過(guò)程都可以稱為退火。

–激活雜質(zhì)：使不在晶格位置上的離子運(yùn)動(dòng)到晶格位置，以便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子，起到雜質(zhì)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(shè)備等)。氧化（Oxidation）氧化：制備SiO2層SiO2是一種十分理想的電絕緣材料，它的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，室溫下它只與氫氟酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)熱氧化法干氧氧化水蒸汽氧化濕氧氧化干氧－濕氧－干氧(簡(jiǎn)稱干濕干)氧化法氫氧合成氧化化學(xué)氣相淀積法濺射法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(zhì)，器件的組成部分。擴(kuò)散時(shí)的掩蔽層，離子注入的(有時(shí)與光刻膠、Si3N4層一起使用)阻擋層。作為集成電路的隔離介質(zhì)材料。作為電容器的絕緣介質(zhì)材料。作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料。作為對(duì)器件和電路進(jìn)行鈍化的鈍化層材料。常壓化學(xué)汽相淀積(APCVD)低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)物理氣相淀積(PVD)

蒸發(fā)（Evaporation）：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(lái)源的不同，有燈絲加熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種。濺射（Sputtering）：真空系統(tǒng)中充入惰性氣體，在高壓電場(chǎng)作用下，氣體放電形成的離子被強(qiáng)電場(chǎng)加速，轟擊靶材料，使靶原子逸出并被濺射到晶片上。圖形轉(zhuǎn)移：–光