集成电路工艺简介.ppt

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1、集成电路制造工艺简介王武汉2012-12-20主要内容1、电路和集成电路2、半导体材料及其特性3、半导体芯片制作4、半导体芯片制作工艺A氧化、扩散B光刻C金属化（布线）D钝化1、电路和集成电路电路：由金属导线和电子部件组成的导电回路，称其为电路。1、电路和集成电路集成电路：是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，成为具有所需电路功能的微型结构；2、半导体材料及其特性导体:容易导电的物体，叫导体。如：各种金属，酸碱盐的水溶液，大地，人体等。绝缘体:不容易

2、导电的物体，叫绝缘体。如：玻璃，陶瓷，橡胶，塑料等。半导体电导率介于金属与绝缘体之间的材料，叫半导体。2、半导体材料及其特性纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感，可以通过掺杂改变其导电性。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。N型半导体和P型半导体结合形成PN结。2、半导体材料及其特性PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。3、半导体芯片制作利用半导体材料的

3、特性，采用选择性掺杂的方法，制作电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件，再布线互连一起，成为具有所需功能的电路。9SiO2SiO2SiO2PNNNP光刻：形成扩散窗口扩散：形成P区SiO2氧化：形成SiO2薄膜（屏蔽）光刻、扩散：形成n区二极管和三极管制作流程NNN10芯片加工衬底硅片薄膜形成图形形成掺杂氧化光刻离子注入扩散金属化芯片制造流程4、半导体芯片制作工艺A氧化、扩散B光刻C金属化（布线）D钝化12A氧化氧化工艺是半导体器件和集成电路制造中的最基本工艺。它的主要目的和用途是：杂质扩散或离子注入的掩蔽膜-选

4、择性扩散SiO213定义：所谓氧化是指Si原子与O原子结合形成SiO2的过程。为满足半导体和集成电路生长的要求，出现了制备膜的多种方法。Si+O2→SiO2Si+H2O→SiO2+2H2↑机理：硅的热氧化经过了以下几个过程：氧气(O2)或水(H2O)等氧化剂，被吸附在SiO2表面；(扩散或吸附)氧化剂以扩散形式穿过SiO2达到SiO2--Si界面(扩散)氧化剂在界面处与Si反应形成SiO2(反应)SiSiO2气体O2或H2O吸附扩散反应SiSiSiSiO2氧化前氧化后氧化膜刻蚀特点：热氧化膜生长时，并不是堆积在硅表面，而且要

5、“吃掉”部分硅。这是热氧化工艺与CVD工艺的主要区别。h热氧化的基本装置经过过滤的空气排气口至排气管石英罩熔凝石英管熔凝石英舟电阻加热器氧化气体O2或H2O+携带气体硅片15A扩散（掺杂）技术掺杂是指用人为的方法，将所需杂质按照要求的浓度与分布掺入到半导体等材料中，以达到改变材料电学性质，形成半导体器件的目的。利用掺杂技术可以制备p-n结、电阻器、欧姆接触和互连线等等。16离子注入：离子注入是把掺杂原子离化。然后带电离子被加速，以较高的能量注入到半导体中。经高温退火后，注入的离子活化引起施主或受主的作用(使注入离子激活即运动

6、到晶格位置起到电活性掺杂作用)，并使材料恢复晶体状态(因为剂量很高时可以使硅单晶严重损伤以至于变成无定形硅)。离子注入离子注入是把具有一定能量的带电粒子掺入到硅等衬底中。典型的离子能量是30~300keV，典型的注入剂量是1011~1016离子数/cm2。离子注入的主要优点在于杂质掺入量可以更加精确控制并且重复性好，以及加工温度比扩散工艺低。离子源磁分析器控制离子束的可变狭缝加速管垂直扫描器水平扫描器半导体片离子注入系统示意图18扩散原理扩散运动是微观粒子(原子或分子)热运动的统计结果。在一定温度下杂质原子具有一定的能量，能

7、够克服某种阻力进入半导体，并在其中作缓慢的迁移运动。这些杂质原子不是代替硅原子的位置就是处在晶体的间隙中，因此扩散也就有替位式扩散和间隙式扩散两种方式。扩散运动总从浓度高的地方向浓度低的地方移动。从宏观上看，好象有一个力使原子沿着浓度下降的方向运动，运动的快慢与温度、浓度梯度有关。TMX9000氢氧合成炉NV10-160大束流离子注入机B光刻概述1、光刻是一种表面加工技术；2、光刻是复印图象和化学腐蚀相结合的综合性技术；1、涂胶、前烘：2、曝光：3、显影、坚膜：4、腐蚀：5、去胶：光刻工艺流程23光刻流程：1、涂胶(涂布)2

8、、对准、曝光3、显影(现像)(正胶为例)光源透镜透镜光刻版光刻胶硅片光刻胶硅片SiO2光刻胶硅片SiO2光刻胶硅片SiO2掩模版涂胶设备光刻机C金属化概述一、金属化工艺的作用金属化工艺是根据集成电路的设计要求，将各种晶体管、二极管、电阻、电容等元器件用金属薄膜线条（互连线）连接起来，形成一