IC工艺技术1-引言和硅衬底.ppt

集成电路工艺技术 系列讲座 集成电路工艺技术讲座第一讲 集成电路工艺技术引言和硅衬底材料 引言 集成电路工艺技术发展趋势器件等比例缩小原理平面工艺单项工艺工艺整合集成电路制造环境讲座安排 集成电路技术发展趋势 特征线宽不断变细 集成度不断提高摩尔定律 芯片上晶体管每一年半翻一番芯片和硅片面积不断增大数字电路速度不断提高结构复杂化 功能多元化芯片价格不断降低 IC技术发展趋势 1 特征线宽随年代缩小 IC技术发展趋势 1 特征线宽随年代缩小 IC技术发展趋势 1 集成度不断提高 摩尔定律 IC技术发展趋势 2 硅片大直径化 IC技术发展趋势 3 CPU运算能力 IC技术发展趋势 4 结构复杂化功能多元化 Bipolar CMOS BiCMOS DMOS BCD IC技术发展趋势 5 芯片价格不断降低 MOSFET等比例缩小 基本长沟道MOSFET器件特性短沟道效应 开启电压Vth下降 漏极导致势垒下降 源漏穿通 亚开启电流增加 基本长沟道MOSFET器件 VD P n n Qn y Vg V y 2 Co 2 qNa 2 V y dV IDdR IDdy Z Qn y ID Z L Co VG 2 VD 2 VD 2 3 2 qNa Co VD 2 2 3 2 2 3 Qn VG 短沟道效应 开启电压降低输出饱和特性差 L Vt Vds Ids 短沟道效应 亚开启电流增加 Vg Id Vd 4V 1V 0 1V MOSFET等比例缩小示意 MOSFET等比例缩小规则 恒电场和恒电压缩小 双极型晶体管的等比例缩小 发射极条宽k基区掺杂浓度k1 6集电区掺杂浓度k2基区宽度k0 8集电区电流密度k2门电路延迟时间k 平面工艺 图形转移技术 氧化硅 光刻胶 硅衬底 掩膜 平面工艺 制造二极管 平面工艺 制造二极管 集成电路单项工艺 扩散 离子注入 光刻 刻蚀 图形转移工艺掺杂工艺 外延 薄膜工艺 CVD 溅射蒸发 工艺整合 双极集成电路 数字双极集成电路 高速 模拟双极集成电路 精度 含电容 pnp CMOS集成电路 数字逻辑 存储器CMOS 数字模拟混合CMOSBiCMOS集成电路高压功率MOSBCD集成电路 双极集成电路工艺 埋层光刻 P 111 Sub10 20 cm 双极集成电路工艺 埋层扩散 P衬底 N 埋层 双极集成电路工艺 外延 双极集成电路工艺 隔离光刻 PSub N Epi N 双极集成电路工艺 隔离扩散 N Epi N P P 双极集成电路工艺 基区扩散 双极集成电路工艺 发射区扩散 双极集成电路工艺 接触孔光刻 双极集成电路工艺 金属连线 N P P p N N 集成电路制造环境 超净厂房无尘 恒温 恒湿超净水超净气体常用气体 N2 O2 H2 纯度 99 9999 颗粒控制严0 5 L超净化学药品纯度 颗粒控制 IC制造环境 1 净化级别和颗粒数 净化室 IC制造环境 2 超纯水 极高的电阻率 导电离子很少 18M 无机颗粒数 5ppb SiO2 总有机碳 TOC 20ppb细菌数0 1 ml IC制造环境 3 超纯化学药品 讲座安排 引言和硅衬底光刻湿法腐蚀和干法刻蚀扩散和热氧化离子注入外延CVD金属化双极集成电路工艺技术CMOS集成电路工艺技术 硅衬底材料 硅衬底材料 CZ 直拉 法生长单晶硅片准备 切割 研磨 抛光 晶体缺陷抛光片主要技术指标 从原料到抛光片 原料SIO2 多晶硅 单晶 抛光片 蒸馏与还原 晶体生长 切割 研磨 抛光 起始材料 SiC SiO2Si 固 SiO 气 CO 气 形成冶金级硅MGS 98 300CSi 3HClSiHCl3 气 H2将SiHCl3 室温下为液体 沸点32C 分馏提纯SiHCl3 H2Si 3HCl产生电子级硅EGS 纯度十亿分之一 它是多晶硅材料 CZ 直拉 法生长单晶 石墨基座 晶体 RF线圈 熔融硅 石英坩埚 籽晶 分凝系数 平衡分凝系数k Cs Cl硼0 8磷0 35砷0 3锑0 023 Liquid Solid Cs Cl 掺杂物质的分布 Cs k0C0 1 M M0 k0 1 K 1 0 1 0 01 Cs C0 凝固分数M M0 10 1 1 0 10 2 有效分凝系数 ke Cs Cl Cl为远离界面处液体的杂质浓度 ko ko 1 ko exp v D v拉伸速度 粘滞层厚度D融体中掺杂剂扩散系数提高v 减少转速 增加 或不断加入高纯度多晶硅可使ke接近1 硅片准备 滚圆和做基准面切片 线切割 倒角 防止产生缺陷 腐蚀去除沾污和损伤层 HNO3 HF 醋酸 磨片和化学机械抛光 NaOH SiO2 去除表面缺陷 清洗 去除残留沾污 NH3OH H2O2 HCl H2O2 H2SO4 H2O2 硅片的定位面 111 n 111 p 100 n 100 p 硅片的定位面 定位槽 100mm硅片主定位面 副定位面 150mm硅片主定位面 200mm以上硅片定位槽 金刚石晶体结构 晶体缺陷 点缺陷空位 间隙原子 替位杂质线缺陷位错面缺陷层错体缺陷沉淀 夹杂 点缺陷 位错 刃型位错 位错 螺旋位错 滑移线 滑移线腐蚀坑 层错 CBACBACBA BACABACBA OISF ESF EpiStackingFaults 111 ESF EpiStackingFaults 100 氧沉淀 氧在硅中固溶度 10191018 1017 1016 1015 氧固溶度 cm 3 678910104 T K 1 Arrhenius关系Cox 2x1021exp 1 032 kT BMD BulkMicroDefects 缺陷的两重性 缺陷往往是复合中心 是PN结漏电和低击穿的原因 特别是缺陷和重金属的交互作用会加深这种作用 降低寿命 所以不希望在有源区有缺陷 在非有源区 缺陷能吸引杂质聚集 即有吸杂作用 是有好处的 吸杂 Gettering 吸杂 晶体中的杂质和缺陷扩散并被俘获在吸杂中心非本征吸杂 在远离有源区 如背面 引入应变或损伤区本征吸杂 利用硅片体内氧沉淀 点缺陷和残余杂质 如重金属 被俘获和限制在沉淀处 从而降低有源区的浓度 DZ DenudedZone 抛光片主要技术