《加工工艺》PPT课件

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1、微纳制造技术秦明东南大学MEMS教育部重点实验室Tel:025-83792632ext.8809Email:mqin@seu.edu.cn教材与参考书教材微电子制造科学原理与工程技术(第二版)StephenA.Campbell,电子工业出版社参考书微加工导论SamiFranssila,电子工业出版社硅微机械加工技术黄庆安,科学出版社半导体加工概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOSMEMS加工半导体加工概述上世纪40年代发明的晶体管及随后发明的集成电路，完全改变了人类生活。微电子的发展半导体加工概述M

2、oore定律“Componentcountsperunitareadoubleseverytwoyears”Featuresizereductionenablestheincreaseofcomplexity.半导体加工概述半导体加工概述半导体加工概述半导体加工概述半导体加工工艺原理概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOSMEMS加工半导体衬底硅是目前半导体中用的最多的一种衬底材料每年生产约1.5亿片，总面积约3~4km2硅的性能屈服强度7x109N/m2弹性模量1.9x1011N/m2密度2.3g/

3、cm3热导率1.57Wcm-1°C-1热膨胀系数2.33x10-6°C-1电阻率(P)n-型1-50Ω.cm电阻率(Sb)n-型0.005-10Ω.cm电阻率(B)p-Si0.005-50Ω.cm少子寿命30-300μs氧5-25ppm碳1-5ppm缺陷<500cm-2直径Upto200mm重金属杂质<1ppb硅的晶体生长硅的纯化SiO2+2CSi(冶金级）+2COSi+3HClSiHCl3+H22SiHCl3(蒸馏后的)+2H22Si(电子级)+6HCl直拉法单晶生长多晶硅放在坩埚中，加热到1420oC将硅熔化，将已知晶向的籽晶插入熔化硅中然后拔出。硅

4、锭旋转速度20r/min坩埚旋转速度10r/min提升速度：1.4mm/min(100mm)掺杂P、B、Sb、As300mm硅片和Pizza比较芯片加工厂一角芯片直径增大,均匀性问题越来越突出区熔法晶体生长主要用于制备高纯度硅或无氧硅生长方法多晶硅锭放置在一个单晶籽晶上，多晶硅锭由一个外部的射频线圈加热，使得硅锭局部熔化，随着线圈和熔融区的上移，单晶籽晶上就会往上生长单晶。电阻率高无杂质沾污机械强度小，尺寸小大直径硅片的优点晶体结构基本术语晶面硅切片工艺单晶生长芯片制造的生产环境每一个硅片表面有许多个微芯片，每一个芯片又由数以百万计的器件和互连线组成随着芯片

5、的特征尺寸缩小，对沾污变得越来越敏感，对沾污的控制越来越重要具估计80%芯片的电学失效是由沾污带来的缺陷引起的，电学失效引起成品率下降，导致芯片成本增加。为控制芯片制造过程中不受沾污，芯片制造都是在净化间中完成。净化间本质上是一个净化过的空间，它以超净的空气把芯片制造与外界沾污环境隔离开来，包括化学品、人员和常规工作环境。芯片制造的生产环境1净化间沾污类型颗粒金属杂质有机物沾污自然氧化层静电释放（ESD）芯片制造的生产环境2净化间剪影半导体加工工艺原理概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOS热氧化Si

6、O2的基本特性热SiO2是无定形的密度=2.2gm/cm3分子密度=2.3E22molecules/cm3晶体SiO2[Quartz]=2.65gm/cm3良好的电绝缘材料Resistivity>1E20ohm-cm带隙EnergyGap~9eV高击穿电场>10MV/cm热氧化SiO2的基本特性稳定和可重复的Si/SiO2界面硅表面的生长基本是保形的热氧化SiO2的基本特性杂质阻挡特性好硅和SiO2的腐蚀选择特性好热氧化原理反应方程：Si(固体)+O2(气体)SiO2Deal-Grove模型Deal-Grove模型tsl:Boundarylayerthick

7、nessk:BoltzmannconstantPg:PartialpressureofO2hg:masstransfercaefficienttox:oxidethickness留在大气层中的气流第二个流量:第三个流量:J3=ksCiJ1=J2=J3Deal-Grove模型利用Henry定律Co=HPs=H(kTCs)Henry常数Deal-Grove模型界面流量除以单位体积SiO2的氧分子数,得到生长速率:初始氧化层厚度为t0LinearandParabolicRateCoefficients(B/A:linearratecoeff)(B=parabo

8、licratecoeff)氧化层足够薄