半导体工艺基础semiconductormanufacturing

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1、半导体工艺基础SemiconductorManufacturingBasic1958年，世界第一块集成电路在TI诞生。而今的集成电路的强大功能已今非昔比,45nm、32nm制造工艺的复杂性已让很多公司望而却步。今天，《半导体制造》杂志与您一起温习半导体制造的基础知识，为中国半导体技术的进步而添砖加瓦。第一章半导体器件制造SemiconductorManufacturingBasic半导体器件制造半导体器件的制造半导体器件制造设计流程图(1)制版流程图(2)圆片工艺圆片工艺(1)圆片工艺(2)封装与测试出货12流程图(1)流程图(2

2、)分离多层布线CMOS逻辑器件流程图例前工序后工序井分离n型井接触孔栅p型井布线1栅通孔1n型源漏（1）布线2源漏p型源漏（1）通孔2n型源漏（2）布线3p型源漏（2）钝化34圆片工艺(1)圆片工艺(2)洗净分离氧化膜形成图形成膜掩膜版20张光刻胶氧化，扩散减压CVD溅射等离子CVD氧化栅氧化膜刻蚀洗净CMP光刻胶刻蚀光刻干刻涂胶多晶硅膜形成剥离湿刻显影去胶机溅射多晶硅膜离子注入SEM56《半导体制造》第二章扩散注入SemiconductorManufacturingBasic扩散注入半导体是什么？半导体的主要特性半导体半导体电

3、阻电电阻阻金属金属良导体(金属）低杂质浓度柔软、不透明、重(a)电阻的温度相关性(b)电阻的杂质浓度相关性电流半导体光拥有与导体不同的奇妙特性绝缘体起电硬、脆、透明、轻(c)受光后电阻减小(d)接触磁体就会产生电压(光电效应)(霍尔效应)78载流子与空穴导电率和电阻率长度:L载流子是晶体中荷载电流(或传导电流)的粒子。横截带负电荷的电子（电子）面(电阻率)带正电荷的空穴积电压载流子密度电场载流子移动度由于导电率是电阻率的倒数,在电场的作用下,电子和所以:电流I是单位时间内流过空穴在场力的作用下的截面积A的载流子数量电子(导电率)平

4、均漂移速度叫:迁移率导电率与载流子密度成正比依照欧姆法则移动度空穴910原子的热振动引起的杂质原子引起的真性半导体：完全不含外因性半导体：含Ⅲ族或无规则运动无规则运动杂质原子的半导体Ⅴ族杂质元素的半导体低温掺杂P，就多出一个电子，即传导电子，此时的P称为施主原子的振动共价电子逸出晶体的同时产生杂质。了电子－空穴对，既载流子。掺杂B，就缺少一个电子，可结果,载流子的移动度本征半导体的电子密度n等于空以等同于产生穴密度p变小,电阻上升一个空穴，此时的B称为受主n=p=ni(ni:本征载流子密度)杂质。电子无规则运动1112《半导体制

5、造》SemiconductorManufacturingBasic扩散注入载流子的产生硅杂质浓度与电阻率的关系跳跃可移动的领域矮墙高墙阶梯电阻率自己的房间不从自己的房间跳跃到可移动领域中,就不能移动到其他地方杂质浓度1314载流子密度的温度相关性MOS构造的外观真空领域电极(M)氧化膜(O)反转层耗尽层饱和领域半导体(S)氧化膜载流子密度冻结领域蓄积电容耗尽层本征载流子密度电容耗尽反转电容电压1516p－n结：p型半导体与n型半导体反转电压与氧化膜厚度和基板浓度的相关性金属结合时在交界面的过度区浓度对流导致载流子相互扩散从而形成耗

6、尽层n型半导体P型半导体p型/n型接触(p－n结)由于耗尽层的形成，使得p型半导体与n型半导体之间产生电位差，它会抑制浓度对流引起的反转电压(任意比例)反转电压(任意比例)载流子扩散，因此pn结电界电位能保持平衡。氧化膜厚基板浓度耗尽区1718《半导体制造》SemiconductorManufacturingBasic扩散注入p－n结：整流作用(电流单向流动)FET(场效应晶体管)(a)0偏(偏压为零)电流源漏(b)正向偏压侧墙隔离加压就有电流栅长流出漏电流(b)正向偏压电压(c)逆向偏压外加电压不足时，就不产生电流栅(c)逆向

7、偏压结深结电压沟道电压超过一定值，阱有效沟道长才有电流产生沟道终端栅氧化膜n+p二极管电流电压特性1920MOS晶体管的工作MOS晶体管的工作特性和工作范围饱和区源栅漏dd阈值电压线性区漏极电流I漏极电流I截止区漏极电压栅极电压2122影响晶体管特性的因素漏电的产生栅电极栅氧化膜厚圆片俯视图栅长PN结产生的栅下产生漏电流漏电流合计界面处产生漏电流衬底杂质浓度栅电极衬底产生源漏电压漏电流源漏结深漏电流值栅电压2324《半导体制造》SemiconductorManufacturingBasic扩散注入短沟道效应三维结构的晶体管栅电极

8、长的情况栅电极短的情况俯视图漏耗尽层栅源/漏从两侧控栅电极的漏电压的影响强，栅电极不能源/漏制栅电极控制领域漏电压的栅下是耗尽状态范围控制衬底电影响范围压的情况栅长通道深度这种现象称为短沟效应栅绝缘膜给栅加压就会,空泛层扩大,极小的栅电压就会形成电