微电子技术第4章 集成电路制造工艺ppt课件.ppt

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1、第4章　集成电路制造工艺1)画出典型的CMOS集成电路制造流程图。2)描述芯片制造工艺的主要步骤。3)理解制造工艺中的关键步骤。第4章　集成电路制造工艺4.1　工艺技术4.2　基本工艺步骤4.3　CMOS集成电路的工艺流程4.4　氧化4.5　光刻4.6　刻蚀4.7　扩散4.8　离子注入4.9　化学气相淀积4.1　工艺技术1)图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术。2)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。3)掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术。4.2　基本工艺步骤图4-1　集成电路制造工艺

2、步骤4.2　基本工艺步骤图4-2　硅片制造的工序图1.硅片的制备4.2　基本工艺步骤图4-3　从沙土中提炼多晶硅4.2　基本工艺步骤图4-4　多晶硅生长成单晶硅4.2　基本工艺步骤图4-5　单晶硅碇的生长过程4.2　基本工艺步骤3.测试/拣选4.封装2.芯片制造4.3　CMOS集成电路的工艺流程图4-6　CMOS集成电路的工艺流程4.4　氧化4.4.1　SiO2的性质及其作用1)在MOS集成电路中，SiO2层作为MOS器件的绝缘栅介质，这时，SiO2层是器件的一个重要组成部分。2)利用硼、磷、砷等杂质在SiO2层中的扩散系数远小于在硅

3、中扩散系数的特征，SiO2可以用作选择扩散时的掩蔽层。3)作为集成电路的隔离介质材料。4)作为电容器的绝缘介质材料。5)作为多层金属互连层之间的介质材料。6)作为对器件和电路进行钝化的钝化材料。4.4　氧化4.4.2　热氧化形成SiO2的机理1)氧化剂从气体内部被传输到SiO2界面。2)通过扩散穿过已经形成的SiO2层。3)在SiO2层硅界面处发生化学反应。(1)温度　温度越高，化学反应速度越快。(2)氧化剂的有效性　既然氧化反应发生在硅表面，氧化剂必须穿过原有的氧化层或新形成的氧化层到达硅层表面后才能发生反应；没有到达硅层表面的氧化

4、剂是无效的。1)扩散系数：O2和H2O都能通过扩散穿过SiO2层，但H2O在SiO2层的扩散系数远大于O2在SiO2层中的扩散系数，因此湿氧氧化速率远大于干氧氧化速率。2)溶解度：在SiO2层中，H2O的溶解度几乎是O2的600倍，因此，在硅层表面处的水分子浓度要比氧分子浓度大得多。4.4　氧化4.4.3　SiO2的制备方法1)干氧氧化：它是指在高温下氧气与硅反应生成SiO2的氧化方法。2)水蒸气氧化：它是指高温水蒸气与硅发生反应的氧化方法。3)湿氧氧化：在该方法中，氧气首先通过盛有95℃左右去离子水的石英瓶，将水蒸气带入氧化炉内，再

5、在高温下与硅反应。3)压强：增加氧化气体的压强，反应区中氧化剂的浓度相应地增加，反应速率增加,在合理的压强范围内(低于25Pa)，生长相同厚度的氧化层时，所需时间与压强的乘积是一个常数。(3)硅层的表面势(表面能量)　硅层的表面势与硅的晶向、掺杂浓度以及氧化前表面的处理情况有关。4.4　氧化图4-7　干湿干氧化方法制备氧化层的装置4)氢氧合成氧化：它是指在常压下，将高纯氢气和氧气通入氧化炉内，使之在一定温度下燃烧生产水、水在高温下气化，然后水蒸气与硅反应生产SiO2。4.4　氧化4.4.4　高温炉设备4.4.5　热氧化工艺(1)氧化前

6、的清洗　要获得高质量的氧化层，硅片的清洗至关重要。1)炉体及其相关设备的清洗维护。2)工艺中化学物品的纯度。3)氧化气体的纯度。4)硅片清洗和操作实践。(2)氧化工艺菜单　为使热氧化发生，氧化炉设备中的某些工艺条件要遵循一定的特殊格式，这就是工艺菜单。4.5　光刻4.5.1　光刻工艺简介(1)光刻工艺基本流程　在光刻过程中首先将液体的光刻胶滴在高速旋转的硅片上，或者先把液体的光刻胶滴在硅片上，之后再高速旋转硅片，其目的都是在硅片表面上形成一层胶膜。图4-8　光刻工艺流程示意图4.5　光刻(2)光刻胶　光刻胶又称光致抗蚀剂，它是由光敏化

7、合物、基体树脂和有机溶剂等成分混合而成的胶状液体。4.5.2　几种常见的光刻方法图4-9　光刻技术的示意图4.5　光刻4.5.3　超细线条光刻技术(1)电子束光刻　一般的电子束光刻系统都是采用电子束直写方式，由于电子束的直径很小，而制作集成电路的圆片又很大(目前已达到0.2～0.3m)，利用这种方法光刻的分辨率虽然很高，但效率却很低，很难应用于大规模的批量化生产。(2)X射线光刻　IBM的研究认为，利用X射线光刻技术可以得到70nm的线宽，这是集成电路在2010年时将要达到的特征尺寸，但采用X射线光刻的最大问题是产生X射线的同步辐射装

8、置非常庞大而且造价昂贵，如果采用这种光刻技术，集成电路工艺线的重心势必转移到产生X射线的同步加速器上。4.5　光刻(3)离子束光刻　离子束光刻技术同电子束一样面临很多困难，例如他们都需要将带电粒子通过掩膜版照射到涂有光刻