第8章-2北大微电子课件

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1、8.2集成电路中的元件结构与基本制造工艺8.2.3集成电路芯片的基本工艺（一）工艺流程（1）埋层工艺8.2集成电路中的元件结构与基本制造8.2.3集成电路芯片的基本工艺（一）工艺流程（2）外延（集电区）与隔离工艺8.2集成电路中的元件结构与基本制造（3）基区制作8.2集成电路中的元件结构与基本制造（4）发射区制作前部工序的主要工艺1.图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上2.掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等3.制膜：制作各种材料的薄膜8.2集成电路中的元件结构与基本制造工艺1.光刻光刻三要素：掩

2、模板光刻胶光刻机8.2集成电路中的元件结构与基本制造(三)掩膜版（mask）的作用掩膜版：用特殊石英玻璃制作。首先在玻璃上淀积一层能吸收紫外光的铬层（或氧化铬、氧化铁），通过腐蚀方法有选择地刻蚀掉不需要的铬层，保留下来的铬层其大小、形状及相关位置则完全对应于芯片制作时，所需要的窗口或图形。8.2集成电路中的元件结构与基本制造工艺8.2.3集成电路芯片的基本工艺8.2集成电路中的元件结构与基本制造工艺8.2.3集成电路芯片的基本工艺（二）芯片核心工艺3.光刻光刻过程：第一步：涂胶第二步：预烘8.2集成电路中的元件结构与基本制造工艺8.2.3集成电路芯片的基本工艺（二

3、）芯片核心工艺1.光刻光刻过程：第三步：曝光各种光源的比较：光谱波长（nm)曝光方式抗蚀剂掩模材料分辨率紫外光UV365~436各种有掩模方式光致玻璃/Cr0.5μm深紫外光DUV193~248各种有掩模方式电子石英/Cr、Al0.2μm极紫外光EUV10~15缩小全反射电子多涂层反射层/金属吸收层0.1μmX射线0.2~4接近电子Si、Si3N4、Al2O3/Au、Pt、Os等0.1μm第四步：显影光刻胶受到特定波长光线的作用后，化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变正胶：曝光后可溶,分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶负胶：曝光

4、后不可溶,分辨率差，适于加工线宽≥3m的线条第五步：后烘8.2集成电路中的元件结构与基本制造工艺2、刻蚀技术：◆湿法化学腐蚀湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法。◆干法刻蚀：利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。优点：1、应用范围广，适用于几乎所有材料。2、简单易行，成本低，适宜于大批量加工缺点：1、一般为各向同性腐蚀，容易出现侧向钻蚀。2、由于液体存在表面张力，不适宜于腐蚀极细的线条。3、化学反应时往往伴随放热与放气，导致腐蚀不均匀。湿法

5、化学刻蚀常用腐蚀液举例1、SiO2腐蚀液：BHF:28mlHF（腐蚀剂)+170mlH2O+113gNH4F（缓冲剂）2、Si腐蚀液：Dashetch:1mlHF+3mlHNO3+10mlCH3COOH（冰醋酸）Sirtletch:50mlHF+50gCrO3+100mlH2O（显示微缺陷）3、Si3N4腐蚀液：H3PO4(180oC)4、采用SiO2层做为掩膜，利用KOH的水溶液与异丙醇（IPA）相混合对（100）晶向的硅表面进行腐蚀，可以得到V形的沟糟。5、Al腐蚀液：4mlH3PO4+1mlHNO3+4mlCH3COOH+1mlH2O，（35nm/min）干

6、法刻蚀优点:各向异性刻蚀选择性刻蚀通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。图形转换（光刻与刻蚀工艺）光刻次数越多，工艺越复杂。另—方面，光刻所能加工的线条越细，工艺线水平越高。光刻工艺是完成在整个硅片上进行开窗的工作。8.2.3掺杂工艺（扩散与离子注入）掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触磷(P)、砷(As)—N型硅;硼(B)—P型硅掺杂工艺：扩散、离子注入由光刻工艺(刻蚀)为掺杂确定掺杂的区域，在需要

7、掺杂处(即掺杂窗口)裸露出硅衬底，非掺杂区则用一定厚度的二氧化硅或者氮化硅等薄膜材料进行屏蔽扩散替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行，横向扩散严重。但对设备的要求相对较低。磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级（绝对不许用手摸硅片—防止Na+沾污。）铂离子注入通过高能离子束轰击硅片表面，在窗口处，杂质离子被注入硅本体，在其他部位，杂质离子被硅表面的

8、保护层屏蔽