集成电路中基础器件工艺综述

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1、集成电路中基础器件工艺综述1.BIPOLOR（双极型）IC工艺简介(1)平面三极管工艺*制造工艺掺杂窗口形成：掺杂掩膜的形成+光刻工艺掺杂工艺：扩散或离子注入引线工艺：接触孔形成+淀积金属膜+光刻金属引线+金/半合金表面钝化：淀积钝化膜+光刻键合孔硅平面三极管截面图绪论（2）双极型IC工艺*与三极管工艺的区别——各元件间电学性能隔离——埋层工艺—减小集电极串联电阻a双极型三极管截面图b双极型IC截面图PN结隔离及埋层的功能(3)双极型IC制造工艺流程2.MOSIC工艺简介(1)Si栅MOSFET工艺原理图(2)CMOS

2、工艺原理图（3）NMOS工艺流程3.IC发展史器件年份世界上第一个晶体管1947年世界上第一个Ge单晶晶体管1952年世界上第一个Sl单晶晶体管1954年世界上第一个IC器件1958年世界上第一个IC产品1961年基本工艺清洗工艺氧化工艺扩散工艺光刻工艺蒸发及镀膜工艺腐蚀工艺清洗工艺吸附在物体表面的杂质一般可分为：分子型离子型原子型利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质和油污发生化学反应和溶解作用一，去除分子型杂质H2SO4:H2O2=1:1配比，烧煮硅片表面的油脂，使其脱附二，去除离子型原子型杂质1

3、.配制Ⅰ号液NH4OH:H2O2:H2O=1:1:6(体积比)在电炉上煮沸几分钟，倒掉残液，用去离子水冲洗几遍2.配制Ⅱ号液HCl:H2O2:H2O=1:1:6(体积比)在电炉上煮沸10分钟左右，倒掉残液，用去离子水冲洗30次以上。氧化工艺一,概述1．二氧化硅膜是硅平面工艺的基础（1）SiO2在高温下，阻挡Ⅲ、Ⅴ族杂质扩散的能力很强——利于局部掺杂。（2）Si上热生长SiO2工艺简便。（3）SiO2化学性能稳定，一般不与酸，碱发生化学反应（HF除外）——利于化学清洗。（4）SiO2能被HF腐蚀——利于图形化。SiO2膜

4、的制备方式简介（1）热氧化（2）CVD（3）阳极氧化（4）射频溅射……二,SiO2膜在电路中的功能1.杂质选择扩散的掩膜2.器件表面的保护和钝化膜3.集成电路的隔离介质和绝缘介质4.MOS电容的介质材料5.MOSFET的绝缘栅材料三,热氧化原理1.干氧氧化的氧化膜生长机理Si+O2=SiO22.水汽氧化的氧化膜生长机理Si+2H2O=SiO2+2H2↑Si,O反应速率O2在SiO2中的扩散速率生长速率机理分析：（1）H2O扩散穿越SiO2,在Si-SiO2界面与Si反应，生成SiO2。Si+2H2O=SiO2+2H2↑

5、（2）H2O与表面SiO2反应，生成硅烷醇，硅烷醇扩散穿越SiO2与Si反应。H2O+Si-O-Si→Si-OH+HO-SiH2+2(-O-Si)2(Si-OH)（使二氧化硅网络疏松）热氧化系统热氧化方式----常规热氧化（通常采用:干氧+湿氧+干氧）氧化方式氧化速率氧化膜质量水汽很快疏松,含水量大,与光刻胶粘附差,表面有蚀坑，掩蔽杂质扩散力,钝化效果都差.干氧很慢致密,干燥,均匀性,重复性好,掩蔽杂质扩散力强,钝化效果好.湿氧快致密性略差于干氧氧化膜,表面有Si-OH,与光刻胶粘附不好,表面有蚀坑,掩蔽

6、杂质扩散力及钝化效果能满足一般器件的要求.热氧化SiO2层的物理性能：四,氧化膜质量评价膜厚测量1.光干涉法：2.椭圆偏振法：偏振光以一定的角度入射到样品上，在表面和界面产生折、反射，其振幅与偏振角都发生变化。跟据偏振情况的改变，可获得膜厚及膜的折射率。3.MOSC-V法：当Φ=0o时,Φ’=0o2n1dcosΦ’=Nλ氧化膜缺陷的检测1.针孔2.氧化层错的检测Sirtle液腐蚀,TEM成像,X射线貌相法……掺杂工艺一，概述1.掺杂将所需杂质按浓度和分布的需要，掺入到半导体中，改变半导体电学性能，以达到制备半导体器件的

7、目的。2.掺杂的意义（1）改变材料导电性能——形成电阻，欧姆接触，互连线。（2）改变半导体的导电类型——形成pn结合金气-固扩散：液态源扩散扩散粉末源扩散片状源扩散固-固扩散：掺杂SiO2乳胶源扩散CVD掺杂薄膜源扩散离子注入3.掺杂的方法n-SiP-Sin-SiP-Siebcn+pn电阻及三极管示意图二，杂质在半导体中的扩散１．扩散原理扩散是微观粒子（原子或分子）热运动的统计果。在一定温度下,微观粒子具有一定能量,能克服某种阻力进入半导体,并在其中作缓慢迁移运动。这些杂质或替代硅原子的位置,或处在晶格的间隙中,

8、分别称作替位式扩散,或间隙式扩散。扩散的方向总是由高杂质浓度指向低杂质浓度。替位式扩散间隙式扩散２．两步扩散为获得所需杂质分布，往往要进行二步扩散*预淀积所需杂质总量——恒定表面浓度扩散*获得所需表面浓度及扩散深度——有限源扩散(再分布)３.扩散气氛和衬底晶向的影响（1）氧化增强扩散（OED）*在氧气氛中，P，B等杂质扩散得到增强