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文档简介

2020/5/24,新员工入职培训,IC基础知识,制造工艺流程,&,2020/5/24,1,IC基础知识,2020/5/24,2,集成电路产业链,2020/5/24,3,硅片和芯片,2020/5/24,4,目录,-最重要的半导体材料硅-构建集成电路的主要半导体器件-关键的集成电路工艺制造技术-集成电路技术发展趋势,2020/5/24,5,目录,-最重要的半导体材料硅-构建集成电路的主要半导体器件-关键的集成电路工艺制造技术-集成电路技术发展趋势,2020/5/24,6,绝缘体半导体导体,绝缘体电阻率=108-1018-cm石英、玻璃、塑料半导体电阻率=10-3-108-cm锗、硅、砷化镓、磷化铟导体电阻率=10-3-10-8-cm金、银、铜、铝,2020/5/24,7,周期表中硅及相关元素,2020/5/24,8,硅的掺杂和电阻率,-型和型硅型掺杂元素硼、铝型掺杂元素磷、砷、锑-掺杂浓度和电阻率1x1015硼0.00001%10-cm(衬底)1x1016磷0.0001%0.5-cm(外延)1x1018硼0.01%0.05-cm(基区)1x1020磷1%0.0008-cm(发射区),2020/5/24,9,硅片主要技术指标,-晶向(111)/(100)-掺杂类型掺杂剂P/N-电阻率-直径厚度-平整度/弯曲度翘曲度-含氧量含碳量-缺陷(位错密度层错密度)-表面颗粒,2020/5/24,10,目录,-最重要的半导体材料硅-构建集成电路的主要半导体器件-关键的集成电路工艺制造技术-集成电路技术发展趋势,2020/5/24,11,构建集成电路的主要半导体器件,-PN结二极管(Diode)-(双极)晶体管(Bipolartransistor)-MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管),2020/5/24,12,双极型集成电路(NPN),2020/5/24,13,双极型集成电路(PNP),2020/5/24,14,目录,-最重要的半导体材料硅-构建集成电路的主要半导体器件-关键的集成电路工艺制造技术-集成电路技术发展趋势,2020/5/24,15,集成电路基础工艺技术,-图形转移工艺光刻刻蚀(Etching)-掺杂工艺热扩散和热氧化离子注入(Ionimplantation)-外延(Epitaxy)-薄膜工艺化学气相淀积(CVD)溅射(Sputtering),2020/5/24,16,IC基础工艺技术图形转移,2020/5/24,17,IC基础工艺(1)光刻,-光刻机分辨率L=k/N光源UV(g:436nmi:365nm)DUV248nm对准精度曝光方式接触投影1:1/5:1-光刻胶正胶负胶抗蚀性感光速度分辨率,2020/5/24,18,光刻机,2020/5/24,19,IC基础工艺(2)刻蚀,湿法腐蚀SiO2+6HFH2+SiF6+2H2ONH4FNH3+HF有侧向腐蚀问题,难以得到细线条,光刻胶,光刻胶,2020/5/24,20,IC基础工艺(2)刻蚀,干法刻蚀等离子体F*扩散吸附反应解吸附,2020/5/24,21,RIE刻蚀装置(ParallelPlate),2020/5/24,22,RIE刻蚀机(AME8330),2020/5/24,23,IC基础工艺(2)刻蚀,2020/5/24,24,IC基础工艺(3)扩散,-扩散方程dC/dt=Dd2C/dx2恒定表面源C(x,t)=Cserfx/2(Dt)1/2恒定杂质总量C(x,t)=S/(Dt)1/2exp(-x2/4Dt)-扩散系数依赖于温度和浓度-氧化硅对杂质的掩蔽能力,2020/5/24,25,IC基础工艺(3)扩散,2020/5/24,26,IC基础工艺(3)扩散,2020/5/24,27,扩散(氧化)炉,2020/5/24,28,IC基础工艺(4)-热氧化,-硅在氧气或水汽中的热氧化反应Si+O2-SiO2(干氧氧化,适合薄氧化层)Si+2H2O-SiO2+2H2(湿氧氧化,厚氧化层)-氧化生长速率线性率x=B/A(t+)O2抛物线率x2=B(t+)-氧化层质量要求厚度均匀,致密,清洁(无钠离子沾污),2020/5/24,29,IC基础工艺(5)离子注入,-离子注入原理杂质分布投影射程和标准偏差-离子注入掺杂的优点掺杂量可精确控制温度低易得浅结可带胶注入,2020/5/24,30,IC基础工艺(5)离子注入,2020/5/24,31,IC基础工艺(5)离子注入,2020/5/24,32,IC基础工艺(6)外延,Si,Si,Si,SiCl4,H2,HCl,2020/5/24,33,外延炉,2020/5/24,34,IC基础工艺(7)化学气相淀积(CVD),-原理SiH4+O2SiO2+2H2Si(OC2H5)4SiO2+副产物SiH4Si+2H2-LPCVD和PECVD-PSG和BPSG-用途导电层间绝缘层,钝化层,2020/5/24,35,CVD系统,CVD系统组成:气体源和输气系统质量流控制反应器加热系统,2020/5/24,36,2020/5/24,37,IC基础工艺(8)溅射(金属),基座,硅片,靶,轰击离子Ar+,溅射原子,2020/5/24,38,IC基础工艺(8)溅射(金属),-常用金属化材料-铝硅系统优点低电阻率低接触电阻纯AlAlSi(防铝尖刺)AlSiCu(抗电迁移)-合金化-多层布线,2020/5/24,39,2020/5/24,40,目录,-最重要的半导体材料硅-构建集成电路的主要半导体器件-关键的集成电路工艺制造技术-集成电路技术发展趋势,2020/5/24,41,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-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,2020/5/24,42,IC技术发展趋势(1)特征线宽随年代缩小,2020/5/24,43,IC技术发展趋势(2)硅片大直径化,2020/5/24,44,IC技术发展趋势(3)CPU运算能力,2020/5/24,45,IC技术发展趋势(4)结构复杂化功能多元化,2020/5/24,46,IC制造工艺流程,2020/5/24,47,双极型集成电路工艺流程(1)埋层,-埋层光刻埋层注入Sb+,P(111)Sub10-20-cm,2020/5/24,48,双极型集成电路工艺流程(1)埋层,-埋层扩散,P衬底,N+埋层,2020/5/24,49,2020/5/24,50,双极型集成电路工艺流程(2)外延,PSub,N-Epi,N+埋层,2020/5/24,51,双极型集成电路工艺流程(3)隔离,隔离光刻隔离注入,2020/5/24,52,双极型集成电路工艺流程(3)隔离,-隔离扩散,N-Epi,N+,P+,P+,2020/5/24,53,双极型集成电路工艺流程(3)隔离,2020/5/24,54,双极型集成电路工艺流程(4)基区,-基区光刻硼离子注入基区扩散,N埋层,P+,P+,基区,2020/5/24,55,双极型集成电路工艺流程(5)发射区,发射区光刻磷离子注入发射区扩散,2020/5/24,56,双极型集成电路工艺流程(6)接触孔,-接触孔光刻接触孔腐蚀,2020/5/24,57,双极型集成电路工艺流程(7)金属连线,-溅射金属(Al或AlSiCu)光刻腐蚀,2020/5/24,58,2020/5/24,59,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,2020/5/24,60,IC制造环境(1)净化级别和颗粒数,2020/5/24,61,净化室,2020/5/24,62,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

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