硅集成电路工艺基础期末复习

1、.单片机期末复习指导老师：东哥完成者：MZ.硅片制造厂的分区硅片制造厂的分区Test/Sort测试测试/拣选拣选Implant注入注入Diffusion扩散扩散Etch刻蚀刻蚀Polish抛光抛光Photo光刻光刻Completed WaferUnpatterned Wafer无图形的硅无图形的硅Wafer StartThin Films薄膜薄膜Wafer Fabrication (front-end)硅片制造（前端）硅片制造（前端） .二氧化硅的制备方法二氧化硅的制备方法pCVD（化学气相淀积）pPVD（物理气相淀积）p热氧化 1、热氧化生成的二氧化硅掩蔽能力最强 2、质量最好、重复性和稳定

2、性最好 3、降低表面悬挂键从而使表面状态密度减小，且能很好的控制界面陷阱和固定电荷.热氧化法热氧化法三种氧化法比较三种氧化法比较l干氧氧化：结构致密但氧化速度极低l湿氧氧化：氧化速度高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜l水汽氧化：结构粗糙不可取 实际生产：实际生产：l干氧氧化+湿氧氧化+干氧氧化l常规三步热氧化模式既保证了二氧化硅表面和界面的的质量，又解决了生长速率的问题.决定氧化速率的因素p氧化剂分压p氧化温度p硅表面晶向p硅中杂质.硅二氧化硅界面特性p硅二氧化硅界面电荷类型l可动离子电荷l界面陷阱电荷l氧化层固定电荷l氧化层陷阱电荷.杂质参杂p掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到

3、改变版胴体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触p掺杂工艺：扩散、离子注入.扩散机构扩散机构.扩散杂质的分布p扩散方式：l恒定表面源扩散l有限表面源扩散p实际方法：l两步 -预扩散在低温下采用恒定表面源扩散方式 -主扩散将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较高温度下进行扩散。（再分布）.恒定表面源扩散，杂质为余误差分布恒定表面源扩散，杂质为余误差分布.有限源扩散.有限源扩散的特点.离子注入的应用p可以用于n/p型硅的制作p调整阈值电压用的沟道掺杂p隔离工序中防止计生沟道用的沟道截断pCMOS阱的形成p浅结的制备在特征尺寸日益减小的今日，离子注入已经成为种主流技术.离子注入的优缺点离子注入的优缺点.

4、离子注入的沟道效应 沟道效应：离子沿某些方向掺入的速度比其他方向大，使离子峰值在硅片更深处或呈双峰值得杂质分布.怎么才能解决离子沟道效应n倾斜样品表面，晶体的主轴方向偏离注入方向，典型值为7。n先重轰击晶格表面，形成无定型层在无定形靶运动的离子由于碰撞方向不断改变，因而也会有部分离子进入沟道，但在沟道运动过程中又有可能脱离沟道，故对注入离子峰值附近的分布并不会产生实质性的影响n增大注入离子的半径(BBF2)n表面长二氧化硅薄层.热退火n退火也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火n激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到激活杂质：使不在晶格位置上的离子运

5、动到晶格位置，晶格位置，以便具有电活性，产生自由载以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用流子，起到杂质的作用n消除损伤消除损伤n 高温下，原子的振动能增大，因而移动能力加强，可使复杂的损伤分解为点缺陷或其他形式的简单缺陷，简单缺陷在高温下可以较高的迁移率移动，复合后缺陷消失。n对于非晶区域损伤恢复首先发生在损伤区与结晶区的交界面。n退火的温度和时间，退火方式等根据实际的损伤情况来确定。n低剂量造成的损伤，一般在较低温度下退火就可以消除。低剂量造成的损伤，一般在较低温度下退火就可以消除。n载流子激活所需要的温度比起寿命和迁移率恢复所需要的温度低。载流子激活所需要的温度比起寿命和迁移率恢复

6、所需要的温度低。.淀积.PVD物理气相淀积p真空蒸发法p溅射.CVD化学气相淀积工艺特点.化学气相淀积pCVD系统的分类l常压化学气相淀积（APCVD）l低压化学气相淀积（LPCVD）l等离子增强化学气相淀积（PECVD）.CVD三种方法比较nAPCVD设备简单，淀积速率大（1000A/min）易气相成核，均匀性不好，材料利用率低nLPCVD均匀性好，台阶覆盖性好，污染少。对反应室结构要求低。装片量大淀积速度低，淀积温度高，存在气缺现象PECVD反应温度低，附着性好，良好的阶梯覆盖，良好的电学特性可以与精细图形转移工艺兼容，薄膜应力低，主流工艺具备LPCVD的优点nhigh depositio

7、n rate at relatively low temperaturenImprove film quality and stress control through ion bombardment准确控制衬底温度.采用掺杂多晶硅做栅电极的原因p通过掺杂可得到特定的电阻p与二氧化硅有良好的接触界面p与后序高温工序兼容p比AL电极稳定性好p能实现自对准p均匀性好.氮化硅在微电子工艺中的应用氮化硅在微电子工艺中的应用.外延外延.自掺杂效应自掺杂效应.生长速率的影响因素p温度p反应剂浓度p气流速度p衬底晶向.光刻技术的特点光刻技术的特点.ULSIULSI对光刻有哪些基本要求对光刻有哪些基本要求.掩

8、膜版掩膜版.光刻光刻p光刻三要素：光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶、掩膜版和光刻机l光刻胶光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体剂等混合而成的胶状液体l光刻胶光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定液体中的溶解特性改变使光刻胶在某种特定液体中的溶解特性改变】l光刻过程的主要步骤：光刻过程的主要步骤：曝光、显影、刻蚀曝光、显影、刻蚀.正负光刻胶的对比.工艺流程工艺流程.ULSI对图形转移的要求 图形转移的保真度图形转

9、移的保真度 选择比选择比 在腐蚀的过程中，为了严格控制每一层腐蚀图形的转移精度，同时避免在腐蚀的过程中，为了严格控制每一层腐蚀图形的转移精度，同时避免其他各层材料的腐蚀其他各层材料的腐蚀,需要控制不同材料的腐蚀速率。两种不同材料在腐需要控制不同材料的腐蚀速率。两种不同材料在腐蚀过程中被腐蚀的速率比蚀过程中被腐蚀的速率比 均匀性均匀性 使厚膜腐蚀尽，且薄处不过刻使厚膜腐蚀尽，且薄处不过刻 刻蚀的清洁刻蚀的清洁 引入的玷污会影响图形转移的精度，又增加了腐蚀后清洗的复杂性和难引入的玷污会影响图形转移的精度，又增加了腐蚀后清洗的复杂性和难度，故要防止玷污度，故要防止玷污.刻蚀.刻蚀工艺分为：湿法刻蚀和

10、干法刻蚀.湿法刻蚀和干法刻蚀的比较干法刻蚀优缺点：分辨率高各向异性腐蚀能力强均匀性、重复性好便于连续自动操作v成本高，选择比一般较低湿法刻蚀的优缺点：成本低廉选择比高v各向同性v腐 蚀速率难以控制.金属化：金属及金属性材料在集成电路技术中的应用 金属材料的用途及要求： 栅电极： 良好的界面特性和稳定性 合适的功函数 多晶硅的优点 互连材料 电阻率小，易于淀积和刻蚀，好的抗电迁移特性 接触材料（接触孔、硅化物） 良好的接触特性（界面性，稳定性，接触电阻，在半导体材料中的扩散系数） 后续加工工序中的稳定性； 保证器件不失效.Al/Si接触中的现象 铝硅相图铝硅相图 Al在Si中的溶解度低 Si在Al中的溶解度较高（铝的尖楔现象，图9.4） 故退火时， Si原子会溶到Al中 AlAl与与SiOSiO2 2的反应的反应 4Al+ 3SiO2 3Si+2Al2O3 吃掉Si表面的SiO2 ，降低接触电阻 改善与SiO2 的黏附性.影响尖楔因素 AlSi界面的氧化层的厚度 薄氧 厚氧(出现在缺陷处，尖楔较深） 衬底晶向 111：横向扩展 双极集成电路 100：垂直扩展 pn结短路 MOS集成电路（尖楔现象严重）.铜及低K介质 优点： 电阻率低，可减小引线的宽度和厚度，从而减小分布电容，降低了互连线的延迟时