半导体制造工艺简介ppt课件

1、集成电路幅员设计与验证第三章 半导体制造工艺简介学习目的v1了解晶体管任务原理，特别是MOS管的任务原理v2了解集成电路制造工艺v3了解COMS工艺流程主要内容v3.1半导体根底知识v3.2 工艺流程v3.3 工艺集成3.1半导体根底知识v半导体硅原子构造：4个共价键，比较稳定，没有明显的自在电子。3.1半导体根底知识v1、半导体能带v禁带带隙介于导体和绝缘体之间v2、半导体载流子 v空穴和电子3.1半导体根底知识v3、半导体分类vN型半导体和P型半导体v掺杂半导体的特点：v1导电性受掺杂浓度影响。被替代的硅原子数越多，资料的电阻率越低，越容易导电。v2多子的浓度取决于杂质浓度，少子的浓度取决

2、于温度。3.1半导体根底知识v关于分散电阻：v集成电路中经常见到的分散电阻其实就是利用掺杂的方法改动资料的电阻率得到的。但是当掺杂的杂质浓度增高时，电阻率会随着浓度增高快速降低吗？v与温度有关：杂质需求完全电离；掺杂半导体中载流子的迁移率会随杂质浓度添加而显著下降 3.1半导体根底知识v4、 PN结v单导游电性：整流、开关、稳压二极管。v、5 MOS场效应管v1MOS管构造vNMOS、PMOS和CMOSvMOS管是左右对称的，漏和源可以互换，只是外加电压不同。3.1半导体根底知识v漏区和源区称为有源区，是由掺杂构成的。v栅：铝栅和硅栅性能更好vMOS晶体管尺寸定义：宽和长v2MOS管任务原理v

3、反型层、沟道、饱和。v饱和之后，沟道构成楔型，电流不再添加。漏端电压添加，但沟道的电阻率也在添加3.1半导体根底知识v3MOS管运用v栅压越大，电子够到越厚，沟道电阻率越低，电流越大。因此MOS晶体管是电压控制电流的器件。v数字电路：开关作用，栅压为VDD或GNDv模拟电路：栅压介于VDD和GND之间，调整电流大小，进展信号放大作用。主要内容v3.1半导体根底知识v3.2 工艺流程v3.3 工艺集成3.2 工艺流程v1 制造工艺简介v2 资料的作用v3 工艺流程v4 常用工艺之一：外延生长v5 常用工艺之二：光刻v6 常用工艺之三：刻蚀v7 常用工艺之四：掺杂v8 常用工艺之五：薄膜制备3.2

4、 工艺流程v资料制备1 制造工艺简介van型硅晶片原资料b氧化后的晶片1 制造工艺简介vc涂敷光刻胶d光刻胶经过掩膜版曝光1 制造工艺简介va显影后的晶片bSiO2去除后的晶片v氧化工艺1 制造工艺简介vc光刻工艺处置后的晶片vd分散或离子注入构成PN结v光刻和刻蚀工艺；分散和离子注入工艺1 制造工艺简介ve光刻工艺处置后的晶片金属化工艺vf完好工艺处置后的晶片光刻工艺1 制造工艺简介v工艺总结一：集成电路的制造是平面工艺，需求多层加工 v工艺总结二：芯片是由底层P-Sub到最上层的不同图形层次叠加而成。2 资料的作用v表2.1 集成电路中所需求的资料v导体：低值电阻，电容极板，器件边线，接触

5、，焊盘v半导体：衬底v绝缘体：电容介质，栅氧化层，横向隔离，层间隔离，钝化层3 工艺流程v集成电路的制造工艺是由多种单道工艺组合而成的，单道工艺通常归为以下三类：v1薄膜制备工艺：包括外延生长、氧化工艺、薄膜淀积工艺，如制造金属、绝缘层等。v2图形转移工艺：包括管科工艺和刻蚀工艺。v3掺杂工艺：包括分散工艺和离子注入工艺。3 工艺流程v以上工艺反复、组合运用，就构成集成电路的完好制造工艺。v光刻掩模版mask：幅员完成后要交付给代工厂，将幅员图形转移到晶圆上，就需求经过一个重要的中间环节制版，即制造一套分层的光刻掩膜版。3 工艺流程v制版光刻掩膜版就是讲电路幅员的各个层分别转移到一种涂有感光资

6、料的优质玻璃上，为未来再转移到晶圆做预备，这就是制版。v每层幅员都有相对应的掩膜版，并对应于不同的工艺。4 常用工艺之一：外延生长v半导体器件通常不是直接做在衬底上的，而是先在沉底上生长一层外延层，然后将器件做在外延层上。外延层可以与沉底同一种资料，也可以不同。v在双极型集成电路中：可以处理原件间的隔离；减小集电极串联电阻。v在CMOS集成电路中：可以有效防止闩锁效应。5 常用工艺之二：光刻v目的：按照集成电路的设计要求，在SiO2或金属层上面刻蚀出与光刻掩膜版完全相对应的集合图形，以实现选择性分散或金属布线的目的。5 常用工艺之二：光刻v主要步骤v1在晶圆上涂一层光刻胶，并将掩膜版放在其上。

7、v2曝光。正胶感光部分易溶解，负胶那么相反。v3显影、刻蚀。v4去除光刻胶尘埃粒子影响：干净室接触式和接近式曝光掩膜光刻胶图形转移图形转移5 常用工艺之二：光刻v集成电路中每一层的制备都需求涂一层光刻胶，都需求一层掩膜版，也需求曝光、显影以及刻蚀。v一个芯片制造能够需求20或30个这样的资料层。v多晶硅的刻蚀：预刻蚀、主刻蚀、过刻蚀6 常用工艺之三：刻蚀v光刻：将图形转移到覆盖在半导体硅片外表的光刻胶v刻蚀：将图形转移到光刻胶下面组成器件的各层薄膜上v湿法刻蚀：掩膜层下有横向钻蚀v干法刻蚀：等离子体辅助刻蚀，是利用低压放电等离子体技术的刻蚀方法6 常用工艺之三：刻蚀6 常用工艺之三：刻蚀6 常

8、用工艺之三：刻蚀v各向异性腐蚀 湿法刻蚀v各向同性腐蚀：例如在铝线的刻蚀过程中，参与含碳的气体，以构成侧壁钝化，这样可以获得各向异性刻蚀效果6 常用工艺之三：刻蚀7 常用工艺之四：掺杂v作用：构成PN结，构成电阻，构成欧姆接触，构成双极晶体管的基区、发射区、集电区或MOS管的源和漏。v主要的掺杂工艺：分散和离子注入v分散：根据分散的原理，使杂质从高浓度处向低浓度处分散。两个要素：高温暖浓度梯度。7 常用工艺之四：掺杂v离子注入：与分散比，离子注入技术具有加工温度低、大面积注入杂志仍能保证均匀、掺杂种类广泛等优点。v原理：用一台离子加速器加速杂志粒子向前运动，轰击硅晶圆外表，最后杂志粒子能量损失

9、后，渗入到晶圆内部停留下来构成。v漏源自对准：离子注入可以运用光刻好的薄膜资料作为掩膜来构成对准方法。分散和离子注入的对比离子注入注入损伤v注入损伤：带有能量的离子进入半导体衬底，经过碰撞和损失能量，最后停留下来。v电子碰撞：电子激发或新的电子空穴对产生v原子核碰撞：使原子碰撞，分开晶格，构成损伤，也称晶格无序晶格无序退火v由于离子注入所呵斥的损伤区及无序团，使迁移率和寿命等半导体参数遭到严重影响。v大部分的离子并不位于替位位置v为了激活注入的离子，并回复迁移率和其他资料的参数，必需在适当的时间与温度下将半导体退火。8 常用工艺之五：薄膜制备v目的：经过物理或化学方式在硅晶圆上淀积资料层，来满

10、足集成电路设计的需求，如金属、多晶硅及磷化玻璃等。v常用方法：氧化、物理气相淀积和化学气相淀积8 常用工艺之五：薄膜制备v四种薄膜：氧化膜；电介质膜；多晶硅膜；金属膜8 常用工艺之五：薄膜制备v1氧化vSiO2的作用v屏蔽杂质、栅氧化层、介质隔离、器件维护和外表钝化vSiO2的制备v需求高纯度，目前最常用的方法是热氧化法。主要分为干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化三种。v氮化硅的制备v主要用作：金属上下层的绝缘层、场氧的屏蔽层、芯片外表的钝化层。8 常用工艺之五：薄膜制备v消费SiO28 常用工艺之五：薄膜制备v氧化质量物理气相淀积v2物理气相淀积v利用某种物理过程，例如蒸发或溅射，来实现物质的转移

11、，即把资料的原子由源转移到衬底外表，从而实现淀积构成薄膜。v金属的淀积通常是物理的。v两种方法：真空蒸发；溅射物理气相淀积物理气相淀积v规范离子束溅射：离子束被加速，撞击靶材外表v长程溅射：用于控制角度分布v校直溅射：用于填充高宽比较大的接触孔，防止空洞底部还没有完全填充，其上部开口就被封锁起来。化学气相淀积v3化学气相淀积v化学汽相淀积是指经过气态物质的化学反响，在衬底上淀积一层薄膜资料的过程。CVD膜的构造可以是单晶、多晶或非晶态，淀积单晶硅薄膜的CVD过程通常被称为外延。化学气相淀积vCVD技术具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和反复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等

12、一系列优点。利用CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需求的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的sio2 、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。v作用：外延层，二氧化硅膜，多晶硅膜，氮化硅膜化学气相淀积vCVD生长的二氧化硅：用作金属间的绝缘层，用于离子注入和分散的掩蔽层，也可用于添加热氧化生长的场氧化层的厚度v热生长的二氧化硅：具有最正确的电学特性。可用于金属层之间的绝缘体，又可用作器件上面的钝化层主要内容v3.1半导体根底知识v3.2 工艺流程v3.3 工艺集成3.3 工艺集成v1 制造流程v2 无源器件v3 双极集成电路制造流程vCMOS工艺1 制造流程1 制造流程2 无源器件v1、电阻v1淀积：淀积电阻层，然后光刻刻蚀v2分散或离子注入：在硅衬底上热生长的氧化层上开出一个窗口，注入或分散与衬底类型相反的杂质。电阻电阻v电阻值计算，xj为结深v当W=L时，G=gv1/g用R表示，称为方块电阻，单位为欧姆，习惯上用/ 表示。2 无源器件v2、电容v根本上分为两种：MOS电容和P-N结电容v1MOS电容：重掺杂区域作为极板，氧化物作为介质v单位面积的电容为v2P-N结电容：N+P结电容，通常加反向偏置电压电容2 无源器件v3、电感：薄膜螺旋电感v过程：硅衬底热生长或淀积一层厚氧化物；淀积一层金属