集成电路制造工艺.doc

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1、?集成电路设计基础第3章集成电路基本工艺?引言*为何要介绍IC制造工艺？集成电路设计人员虽然不需要直接参与集成电路的工艺流程和掌握工艺的细节，但了解集成电路制造工艺的基本原理和过程,对于集成电路设计大有裨益。*本章简单介绍集成电路的基本加工工艺。宜这些工艺可应用于各类半导体器件和集成电路的制造过程。2?第3章IC基本工艺3」3.23.33.43.53.63.7外延生长掩膜制作光刻刻蚀掺杂绝缘层形成金属层形成3?3」外延生长？“外延”指在单晶衬底上生长一层新单晶的技术。新生单晶层的晶向取决于衬底，由衬底向外延伸而成，故称“外延层二?外延生

2、长之所以重要,在于外延层屮的杂质浓度可以方便地通过控制反应气流屮的杂质含量加以调节，而不依赖于衬底11'的杂质种类与掺杂水平。43.1外延生长(Epitaxy)外延生长的H的n?n半导体工艺流程屮的基片是抛光过的晶圆基片，直经在50至lj200mm(2-8英寸)之间，厚度约儿百微米.尽管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上，但大多数器件和IC都做在经过外延生长的衬底上•原因是未外延过的基片性能常常不能满足要求•外延的Fl的是用同质材料形成具有不同的掺杂利咲及浓度，因而具有不同性能的晶体层.外延也是制作不同材料系统的技术Z—.外延生长

3、后的衬底适合于制作有各种要求的器件与IC,且可进行进一步处理.5?n双极型集成电路元器件问的隔离问题可通过外延与隔离扩散技术相结合血获得解决。外延技术还可用于解决高频功率器件的击穿电压与集电极串联电阻对集电极电阻率要求之间的矛盾；掺杂较少的外延层保证了较高的击穿电压，高掺杂的衬底降低了集电极的串联电阻。63.1外延生长(Epitaxy)nn?不同的外延生长工艺可制出不同的材料系统.可以在硅衬底上生长±GaAs,在GaAs上生长上InP0各种外延生长工艺n液态生长n气相外延生长n金属有机物气相外延生长n分了束外延生长7?液态生长(LPE:

4、LiquidPhaseEpitaxy)nnLPE意味着在晶体衬底上用金展性的溶液形成-•个薄层。在加热过的饱和溶液里放上晶体，再把溶液降温，外延层便可形成在晶体表面。原因在于溶解度随温度变化而变化。LPE是最简单最廉价的外延牛长方法•在III/IV族化合物器件制造屮有广泛的应用•但其外延层的质量不高.尽管大部分AlGaAs/GaAs和InGaAsP/InP器件可用LPE來制作，冃前，LPE逐渐被VPE,MOCVD,MBE法代替.8气相外延生长(VPE:VaporPhaseEpitaxy)n?这是一•种在集成电路制造屮最普遍采用的硅外延工

5、艺，该工艺利用加热来提供化学过程进行所需的能量。9?nVPE是指所有在气体环境下在晶体表而进行外延生长的技术的总称。在不同的VPE技术里，卤素(Halogen)传递生长法在制作各种材料的沉淀薄层屮得到大量应用。任何把至少一种外延层生成元索以卤化物形式在衬底表面发生卤索析出反应从而形成外延层的过程都可归入卤索传递法，它在半导体工业屮有尤其重要的地位。用这种方法外延生长的基片，可制作出很多种器件，如GaAs,GaAsP,LED管。GaAs微波二极管，大部分的Si双极型管，LSI及—•些MOS逻辑电路等。10?Si基片的卤素生长外延n在一•个

6、反应炉内的SiC14/H2系统屮实现：在水平的外延生长炉屮，Si基片放在石英管屮的石墨板上，SiCI4,H2及气态杂质原子通过反应管。在外延过程屮，石墨板被石英管周兩的射频线圈加热到1500-2000度,在高温作用下，发生SiC14+2H2aSi+4HClT的反应，释放出的Si原子在基片表面形成单晶硅，典型的生长速度为0.5-1?m/min.11?金属有机物气相外延生长(MOVPE:MetalorganicVaporPhaseEpitaxy)nnHLV材料的MOVPE'P，所需要生长的IH,V族元素的源材料以气体混和物的形式进入反应炉屮

7、已加热的生长区里，在那里进行热分解与沉淀反应。MOVPE与其它VPE不同之处在于它是一种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。12分子束外延生长n?(MBE:MolecularBeamEpitaxy)MBE在超真空屮进行，基本工艺流程包含产生轰击衬底上生长区的HI,V族元素的分子束等。MBE儿乎可以在G“As基片上生长无限多的外延层。这种技术可以控制GaAs,AlGaAs或InGaAs上的生长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达纳米极。经过MBE法，衬底在垂直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。nMBE的不足Z处在于产量低。13?英国

8、VGSemicom公司型号为V8OS-Si的MBE设备关键部分照片14?3.2掩模制版工艺nnnn在外延的晶圆上，工艺工程师可以开始集成电路制造的一系列工序。电路设计工程帅为集成电路的制造设计出了一系列物理