CMOS集成电路工艺基础

《CMOS集成电路工艺基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章CMOS集成电路工艺基础2021/10/511、半导体材料：N型半导体：N-NN+P型半导体：P-PP+2、CMOS集成电路工艺氧化工艺搀杂工艺淀积工艺钝化工艺光刻和腐蚀工艺3、CMOS集成电路工艺流程本章主要内容2021/10/52第一节集成电路材料1、材料分类：从电阻率上分，固体分为三大类。在室温下：金属：ρ<10Ω·cm半导体：ρ=10Ω·cm~10E4Ω·cm绝缘体：ρ>10E4Ω·cm分类材料电导率导体铝、金、钨、铜105S.cm-1半导体硅、锗、砷化镓、磷化铟10-9~102S.cm-1绝缘体SiO2、SiON、SiN41

2、0-22~10-14S.cm-12021/10/532．材料的温度特性一般金属的导电能力随温度上升而下降，且变化不明显。但硅的导电能力随温度上升而增加，且变化非常明显。举个例子：Cu：30C100C增加不到一半（正温度系数）Si：30C20C增加一倍（负温度系数）2021/10/543．半导体材料的主要特性A）半导体的导电能力随所含的微量杂质而发生显著变化一般材料纯度在99.9％已认为很高了，有0.1％的杂质不会影响物质的性质。而半导体材料不同，纯净的硅在室温下：＝21400Ω·cm如果在硅中掺入杂质磷原子，使硅的纯度仍保

3、持为99.9999％。则其电阻率变为：＝0.2Ω·cm。因此，可利用这一性质通过掺杂质的多少来控制硅的导电能力。2021/10/55B）当半导体受到外界热的刺激时，其导电能力发生显著变化。利用此特性可以制作热敏器件。同时也要求半导体电路中必须要有温度补偿措施。C）半导体的导电能力随光照而发生显著变化，利用此特性可以制作光敏器件。D）半导体的导电能力随外加电场、磁场的作用而发生变化2021/10/564．半导体材料介绍A）Si化学周期表四族元素。材料来源丰富，价格便宜基于Si半导体的工艺技术已经相当成熟B）砷化钾GaAs是III/IV族化合

4、物材料比较贵，比Si片贵十几倍工艺制造比较成熟GaAs的集成电路具有更好的性能2021/10/57C）磷化铟也是III/IV族化合物主要应用于光纤系统中制作发光器件和OEIC工艺制造技术不时非常成熟2021/10/585．绝缘材料的作用在集成电路系统中，主要的绝缘材料有：SiO2、SiON、SiN4主要功能：1）器件之间、有源层、导线层之间的绝缘层。2）离子注入和热扩散时的隔离层3）生成器件表面的钝化层，保护器件不受外界的影响。2021/10/596．金属材料的作用主要功能：1）器件本身的接触线2）器件间的互连线3）形成焊盘（PAD），封装

5、接口目前最常用的是AL在高性能的芯片生产工艺采用Cu随着工艺的发展，线宽越来越细，采用低电阻率的金属和合金成为发展方向。金属布线层次越来越多，最多可达7~8层2021/10/510第二节半导体基础知识2.1半导体的晶体结构在硅或者锗晶体中,原子按一定规律排列。硅和锗的都是四价元素，原子的最外层轨道上有四个电子。这四个电子形成四个共价键2021/10/5112.2本征半导体完全纯净、结构完整的半导体称为本征半导体。本征半导体中载流子的浓度在室温下：T＝300K2021/10/5122.3、P型和N型半导体两种载流子：带负电荷的电子和带正电荷的

6、空穴。当硅中掺入Ⅴ族元素P时，硅中多数载流子为电子，这种半导体称为N型半导体。当硅中掺入Ⅲ族元素B时，硅中多数载流子为空穴，这种半导体称为P型半导体。2021/10/513第三节集成电路制造基本工艺3.1、氧化工艺*把裸露的硅片放高温氧气氛中,就会生成SiO2*氧化层可以分为栅氧和场氧*栅氧:它的厚度一般在几百A左右,对器件的性能影响大*场氧:它的厚度一般在几千A左右,绝缘和隔离的作用.2021/10/514氧化炉2021/10/515改进的氧化炉2021/10/5163.2、掺杂工艺在衬底材料上掺入五价磷或三价硼，以改变半导体材料的电性能

7、。形成N或P型半导体.掺杂过程是由硅的表面向体内作用的。目前，有两种掺杂方式：扩散和离子注入。2021/10/5171.扩散：扩散炉与氧化炉基本相同，只是将要掺入的杂质如P或B的源放入炉管内。扩散分为两步：STEP1预淀积：将浓度很高的一种杂质元素P或B淀积在硅片表面。STEP2推进：在高温、高压下，使硅片表面的杂质扩散到硅片内部。实验分析表明：P的浓度分布可由下式表示：其中，NT：预淀积后硅片表面浅层的P原子浓度D：P的扩散系数t：扩散时间x：扩散深度只要控制NT、T、t三个因素就可以决定扩散深度及浓度。2021/10/5182．离子注入

8、2021/10/519其中：离子注入的分布有以下两个特点：1．离子注入的分布曲线形状（Rp，бp），只与离子的初始能量E0有关。并杂质浓度最大的地方不是在硅的表面，X＝0处，而是