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4 集成电路制造工艺.ppt

4 集成电路制造工艺.ppt

jinjunbai 2013-07-15 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《4 集成电路制造工艺ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含集成电路制造工艺北京大学集成电路设计与制造的主要流程框架集成电路的设计过程:设计创意仿真验证设计业芯片制造过程制造业芯片制造过程集成电路芯片的显微照符等。

集成电路制造工艺北京大学集成电路设计与制造的主要流程框架集成电路的设计过程:设计创意仿真验证设计业芯片制造过程制造业芯片制造过程集成电路芯片的显微照片集成电路的内部单元(俯视图)沟道长度为微米的晶体管mm头发丝粗细mmm(晶体管的大小)~m(皮肤细胞的大小)年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较N沟道MOS晶体管CMOS集成电路(互补型MOS集成电路):目前应用最为广泛的一种集成电路约占集成电路总数的以上。集成电路制造工艺集成电路制造工艺图形转换:将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上掺杂:根据设计的需要将各种杂质掺杂在需要的位置上形成晶体管、接触等制膜:制作各种材料的薄膜图形转换:光刻图形转换:光刻光刻三要素:光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶又叫光致抗蚀剂它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后导致其化学结构发生变化使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变正胶:分辨率高在超大规模集成电路工艺中一般只采用正胶负胶:分辨率差适于加工线宽m的线条正胶:曝光后可溶负胶:曝光后不可溶图形转换:光刻图形转换:光刻几种常见的光刻方法接触式光刻:分辨率较高但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。接近式曝光:在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(~m)可以大大减小掩膜版的损伤分辨率较低投影式曝光:利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法目前用的最多的曝光方式三种光刻方式图形转换:光刻图形转换:光刻超细线条光刻技术甚远紫外线(EUV)电子束光刻X射线离子束光刻图形转换:刻蚀技术图形转换:刻蚀技术湿法刻蚀:利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法干法刻蚀:主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的图形转换:刻蚀技术图形转换:刻蚀技术湿法腐蚀:湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用:磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差干法刻蚀干法刻蚀溅射与离子束铣蚀:通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀各向异性性好但选择性较差等离子刻蚀(PlasmaEtching):利用放电产生的游离基与材料发生化学反应形成挥发物实现刻蚀。选择性好、对衬底损伤较小但各向异性较差反应离子刻蚀(ReactiveIonEtching简称为RIE):通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术杂质掺杂杂质掺杂掺杂:将需要的杂质掺入特定的半导体区域中以达到改变半导体电学性质形成PN结、电阻、欧姆接触磷(P)、砷(As)N型硅硼(B)P型硅掺杂工艺:扩散、离子注入扩散扩散替位式扩散:杂质离子占据硅原子的位:Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的温度(~)下进行磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层间隙式扩散:杂质离子位于晶格间隙:Na、K、Fe、Cu、Au等元素扩散系数要比替位式扩散大~个数量级杂质横向扩散示意图固态源扩散:如BO、PO、BN等利用液态源进行扩散的装置示意图离子注入离子注入离子注入:将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定掺杂的均匀性好温度低:小于可以精确控制杂质分布可以注入各种各样的元素横向扩展比扩散要小得多。可以对化合物半导体进行掺杂离子注入系统的原理示意图离子注入到无定形靶中的高斯分布情况退火退火退火:也叫热处理集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火激活杂质:使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置以便具有电活性产生自由载流子起到杂质的作用消除损伤退火方式:炉退火快速退火:脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备等)氧化工艺氧化工艺氧化:制备SiO层SiO的性质及其作用SiO是一种十分理想的电绝缘材料它的化学性质非常稳定室温下它只与氢氟酸发生化学反应氧化硅层的主要作用氧化硅层的主要作用在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质器件的组成部分扩散时的掩蔽层离子注入的(有时与光刻胶、SiN层一起使用)阻挡层作为集成电路的隔离介质材料作为电容器的绝缘介质材料作为多层金属互连层之间的介质材料作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料SiO的制备方法SiO的制备方法热氧化法干氧氧化水蒸汽氧化湿氧氧化干氧-湿氧-干氧(简称干湿干)氧化法氢氧合成氧化化学气相淀积法热分解淀积法溅射法进行干氧和湿氧氧化的氧化炉示意图化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积(ChemicalVaporDeposition):通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程CVD技术特点:具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜例如掺杂或不掺杂的SiO、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积(CVD)常压化学汽相淀积(APCVD)低压化学汽相淀积(LPCVD)等离子增强化学汽相淀积(PECVD)APCVD反应器的结构示意图LPCVD反应器的结构示意图平行板型PECVD反应器的结构示意图化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积(CVD)单晶硅的化学汽相淀积(外延):一般地将在单晶衬底上生长单晶材料的工艺叫做外延生长有外延层的晶体片叫做外延片二氧化硅的化学汽相淀积:可以作为金属化时的介质层而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源低温CVD氧化层:低于中等温度淀积:~高温淀积:左右化学汽相淀积(CVD)化学汽相淀积(CVD)多晶硅的化学汽相淀积:利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS集成电路技术的重大突破之一它比利用金属铝作为栅极的MOS器件性能得到很大提高而且采用多晶硅栅技术可以实现源漏区自对准离子注入使MOS集成电路的集成度得到很大提高。氮化硅的化学汽相淀积:中等温度(~)的LPCVD或低温()PECVD方法淀积物理气相淀积(PVD)物理气相淀积(PVD)蒸发:在真空系统中金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子淀积在晶片上。按照能量来源的不同有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种溅射:真空系统中充入惰性气体在高压电场作用下气体放电形成的离子被强电场加速轰击靶材料使靶原子逸出并被溅射到晶片上蒸发原理图集成电路工艺集成电路工艺图形转换:光刻:接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻刻蚀:干法刻蚀、湿法刻蚀掺杂:离子注入退火扩散制膜:氧化:干氧氧化、湿氧氧化等CVD:APCVD、LPCVD、PECVDPVD:蒸发、溅射作业作业集成电路工艺主要分为哪几大类每一类中包括哪些主要工艺并简述各工艺的主要作用简述光刻的工艺过程集成电路制造工艺北京大学CMOS集成电路制造工艺CMOS集成电路制造工艺形成N阱初始氧化淀积氮化硅层光刻版定义出N阱反应离子刻蚀氮化硅层N阱离子注入注磷形成P阱去掉光刻胶在N阱区生长厚氧化层其它区域被氮化硅层保护而不会被氧化去掉氮化硅层P阱离子注入注硼推阱退火驱入去掉N阱区的氧化层形成场隔离区生长一层薄氧化层淀积一层氮化硅光刻场隔离区非隔离区被光刻胶保护起来反应离子刻蚀氮化硅场区离子注入热生长厚的场氧化层去掉氮化硅层形成多晶硅栅生长栅氧化层淀积多晶硅光刻多晶硅栅刻蚀多晶硅栅形成硅化物淀积氧化层反应离子刻蚀氧化层形成侧壁氧化层淀积难熔金属Ti或Co等低温退火形成C相的TiSi或CoSi去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co高温退火形成低阻稳定的TiSi或CoSi形成N管源漏区光刻利用光刻胶将PMOS区保护起来离子注入磷或砷形成N管源漏区形成P管源漏区光刻利用光刻胶将NMOS区保护起来离子注入硼形成P管源漏区形成接触孔化学气相淀积磷硅玻璃层退火和致密光刻接触孔版反应离子刻蚀磷硅玻璃形成接触孔形成第一层金属淀积金属钨(W)形成钨塞形成第一层金属淀积金属层如AlSi、AlSiCu合金等光刻第一层金属版定义出连线图形反应离子刻蚀金属层形成互连图形形成穿通接触孔化学气相淀积PETEOS通过化学机械抛光进行平坦化光刻穿通接触孔版反应离子刻蚀绝缘层形成穿通接触孔形成第二层金属淀积金属层如AlSi、AlSiCu合金等光刻第二层金属版定义出连线图形反应离子刻蚀形成第二层金属互连图形合金形成钝化层在低温条件下(小于)淀积氮化硅光刻钝化版刻蚀氮化硅形成钝化图形测试、封装完成集成电路的制造工艺CMOS集成电路一般采用()晶向的硅材料AA双极集成电路制造工艺双极集成电路制造工艺双极集成电路工艺制作埋层初始氧化热生长厚度约为~nm的氧化层光刻#版(埋层版)利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氧化层刻蚀掉并去掉光刻胶进行大剂量As注入并退火形成n埋层双极集成电路工艺生长n型外延层利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层将硅片放入外延炉中进行外延外延层的厚度和掺杂浓度一般由器件的用途决定形成横向氧化物隔离区热生长一层薄氧化层厚度约nm淀积一层氮化硅厚度约nm光刻#版(场区隔离版形成横向氧化物隔离区利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氮化硅层氧化层以及一半的外延硅层刻蚀掉进行硼离子注入形成横向氧化物隔离区去掉光刻胶把硅片放入氧化炉氧化形成厚的场氧化层隔离区去掉氮化硅层形成基区光刻#版(基区版)利用光刻胶将收集区遮挡住暴露出基区基区离子注入硼形成接触孔:光刻#版(基区接触孔版)进行大剂量硼离子注入刻蚀掉接触孔中的氧化层形成发射区光刻#版(发射区版)利用光刻胶将基极接触孔保护起来暴露出发射极和集电极接触孔进行低能量、高剂量的砷离子注入形成发射区和集电区金属化淀积金属一般是铝或AlSi、PtSi合金等光刻#版(连线版)形成金属互连线合金:使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触一般是在、NH气氛下处理~分钟形成钝化层在低温条件下(小于)淀积氮化硅光刻#版(钝化版)刻蚀氮化硅形成钝化图形隔离技术隔离技术PN结隔离场区隔离绝缘介质隔离沟槽隔离PN结隔离工艺绝缘介质隔离工艺LOCOS隔离工艺LOCOS隔离工艺沟槽隔离工艺接触与互连接触与互连Al是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料,但Al连线也存在一些比较严重的问题电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等Cu连线工艺有望从根本上解决该问题IBM、Motorola等已经开发成功目前互连线已经占到芯片总面积的~且连线的宽度越来越窄电流密度迅速增加几个概念场区有源区栅结构材料Al二氧化硅结构多晶硅二氧化硅结构难熔金属硅化物多晶硅二氧化硅结构Salicide工艺淀积多晶硅、刻蚀并形成侧壁氧化层淀积Ti或Co等难熔金属RTP并选择腐蚀侧壁氧化层上的金属最后形成Salicide结构集成电路封装工艺流程各种封装类型示意图集成电路工艺小结集成电路工艺小结前工序图形转换技术:主要包括光刻、刻蚀等技术薄膜制备技术:主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发)等掺杂技术:主要包括扩散和离子注入等技术集成电路工艺小结集成电路工艺小结后工序划片封装测试老化筛选集成电路工艺小结集成电路工艺小结辅助工序超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术材料准备技术作业作业设计制备NMOSFET的工艺并画出流程图写一篇对本课程感想的小论文

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