半导体工艺基础ppt课件.ppt

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1、集成电路及微机械加工技术-----半导体集成电路工艺基础张正元提纲一、概论二、工艺流程实例（图解）三、基本单项工艺技术1、扩散－掺杂2、离子注入－掺杂3、氧化－薄膜生长4、CVD－薄膜生长7、金属化（PVD）－薄膜，互连5、光刻－图形转移6、刻蚀－形成图形8、清洗四、工艺集成开发集成电路制造工艺的技术性和实用性强，涉及面广，发展依赖于基础材料、器件物理、工艺原理、电子光学、离子光学、电子计算机技术、超净和超纯技术、真空技术、自动控制、精密机械、冶金化工等方面的新成果。一、概论(一)、集成电路工艺技术的发展规律Intel公司创始人摩

2、尔于1975年总结出IC工业发展的一个重要规律，即摩尔定律：IC的集成度将每年翻一番。1980年摩尔定律被修改为：IC的集成度每1.5年翻一番，即每3年乘以4。IC发展的另一些规律为：建立一个芯片厂的造价也是每3年乘以4。线条宽度每4~6年下降一半。芯片上每个器件的价格每年下降30%~40%。晶片直径的变化：60年：0.5英寸，65年：1英寸，70年：2英寸，75年：3英寸，80年：4英寸，90年：6英寸，95年：8英寸(200mm),2000年：12英寸(300mm)。(二)、集成电路的发展展望目标：集成度、可靠性、速度、功耗、

3、成本。努力方向：线宽、晶片直径、设计技术。199219951998200120042007比特/芯片16M64M256M1G4G16G特征尺寸（μm）0.50.350.250.180.120.07晶片直径（mm）200200200~400200~400200~400200~400美国1992~2007年半导体技术发展规划美国1997~2012年半导体技术发展规划1997199920012003200620092012比特/芯片256M1G4G16G64G256G特征尺寸（μm）0.250.180.150.130.10.070.05

4、晶片直径（mm）200300300300300450450世界硅微电子技术发展的预测200020102020集成度1G64G256G特征尺寸（μm）0.180.10~0.070.05~0.01晶片直径（mm）300400450可以看出，专家们认为，至少在未来10年内，IC的发展仍将遵循摩尔定律，即集成度每3年乘以4，而线宽则是每6年下降一半。硅技术过去一直是，而且在未来的一段时期内也还将是微电子技术的主体。目前硅器件与集成电路占了3000多亿美圆的半导体市场的95%以上。二、工艺流程实例1、以工艺分：双极（Bipolar），互补双

5、极（ComplementaryBipolar）MOS（硅/铝栅,自/非自对准CMOS，VDMOS）BiCMOS（BiCMOS，CBiCMOS）、BCD2、以隔离技术分：PN结隔离、LOCOS、深/浅槽隔离、SOI隔离3、以材料分：体硅，SiGe，AsGa，SOI（衬底）等4、以应用分：模拟IC、数字IC、混合信号IC、RF、微波IC等常见单片IC工艺流程硅栅非自对准CMOS工艺流程PWELL光刻场氧化衬底硅片N-PWELL推进硼注入注入预氧漂光注入预氧PSD光刻N-NSD磷注入NSD光刻PSD硼注入LTOACTIVE光刻栅氧化N-

6、刻蚀PolyPoly掺杂Poly淀积LTOLCONT光刻溅射MET1N-P-N+N+P+P+MET1光刻掺杂工程：热扩散、离子注入/退火、中子嬗变等薄膜制备：包括氧化、蒸发、CVD、溅射(PVD)等图形的转移与形成：包括光刻、刻蚀等工艺三、基本单项工艺技术§1.1概述扩散是将一定数量和一定种类的杂质掺入到硅片或其它晶体中，以改变其电学性质，并使掺入的杂质数量和分布情况都满足要求。这是一种基本而重要的半导体技术。扩散工艺用于形成双极器件中的基区、发射区和集电区、MOS器件中的源区与漏区，扩散电阻、互连引线以及多晶硅掺杂等。浓度的差别

7、越大，扩散越快；温度越高，扩散也越快。1、扩散掺杂间隙式杂质（杂质原子半径较小）替位式杂质（杂质原子与本体原子电子壳层和价电子数接近，半径大小相当）§1.2扩散机构半径较小的杂质原子从半导体晶格的间隙中挤进去，即所谓“间隙式”扩散；半径较大的杂质原子代替半导体原子而占据格点的位置，再依靠周围空的格点（即空位）来进行扩散，即所谓“替位式”扩散。对硅而言，Au、Ag、Cu、Fe、Ni等半径较小的杂质原子按间隙式扩散，而P、As、Sb、B、Al、Ga、In等半径较大的杂质原子则按替位式扩散，间隙式扩散的速度比替位式扩散的速度快得多。§1

8、.3扩散系数与扩散方程（一）、费克第一定律——扩散定律一维情况下，单位时间内垂直扩散通过单位面积的粒子数——即扩散流密度jp(x,t)与粒子的浓度梯度成正比。扩散系数D与温度T（K）之间有如下指数关系：D=D∞e—ΔE/kT（二）、费克第二定律——