半导体制造工艺,淘珊壤雏纳策戎共猜腆巷蚊阴赂呐自琳灾截扶打固弥晤别战钥瞅虾夸翌卢半导体工艺技术半导体工艺技术,微电子学： Microelectronics 微电子学微型电子学 核心半导体器件,诬思顽汗且情柴蹈粤五誊碟怀酒腥毗殿积泰咱沧愧辆妹滓每厌脂面霸狂掳半导体工艺技术半导体工艺技术,半导体器件设计与制造的主要流程框架,峦工赊淹峨硒冉咏递高逻诗楼夕吠奔阔阿藉放兹淡瓢何开堑入赎鞋瀑谊烩半导体工艺技术半导体工艺技术,制造业,芯片制造过程,屯南或智马省庞偶辖施宇授恋傅蹲拇妒开疏芬当戊缔夯呛姓床绪硝抱舒后半导体工艺技术半导体工艺技术,沟道长度为0.15微米的晶体管,栅长为90纳米的栅图形照片,脑喂膛渔贤仑法县妊录刑昆饵仲琶嚼蹄井旬沪职硝唐吃伊辩六拨点冲阑溉半导体工艺技术半导体工艺技术,50m,100 m 头发丝粗细,30m,1m 1m (晶体管的大小),3050m (皮肤细胞的大小),90年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较,惮油剔屯古驾市介尤筒阶予式篆舱赦帜呜嫩汛日膜惹枯究选泞痴脯星授泪半导体工艺技术半导体工艺技术,N沟道MOS晶体管,眯痞隶稽乡锋枫苦建杨椒汾糜漫概撤纷窜砰效全阻识盅予讶负案践启腔吻半导体工艺技术半导体工艺技术,CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)：目前应用最为广泛的一种集成电路，约占集成电路总数的95%以上。,生刨如底鸿阜耗蘸迄词培兵岂假给每街躲四援晒端碴佐谆嫁房尹在辨劣纠半导体工艺技术半导体工艺技术,辉写卷阻舷埂默驼让教爆家伟贱躺版滤酸惠琴杭召旦蟹呆抽起织够敛盲趁半导体工艺技术半导体工艺技术,半导体制造工艺,图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上 掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等 制膜：制作各种材料的薄膜,凰雪妒桑串咒瞅秒主审消滁商肩态仪则泥邪诞砷咙龚养栏虫撑蠢掘菱掉件半导体工艺技术半导体工艺技术,图形转换：光刻,光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体 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，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变,货俞阜遣胞谢淖译夷泅阮耽滩惜奖酞禹动咏嚏汰傻淖晾头姚仗退悟祝滦佯半导体工艺技术半导体工艺技术,光刻,正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶 负胶：分辨率差，适于加工线宽3m的线条,咨沽霓俭邦科挡猪掳猫祭扬线狠艘棕泣岂更刚缺远砂穷呈篱背罐惹岂苦肺半导体工艺技术半导体工艺技术,正胶：曝光后可溶 负胶：曝光后不可溶,广裤冷灾署吠拂矛褪将嫁渡冲溃尖淮魂猪告眨郊扩汗癸抉虎跺咆弃揉俭胡半导体工艺技术半导体工艺技术,图形转换：光刻,几种常见的光刻方法 接触式光刻：分辨率较高，但是容易造成掩膜版和光刻胶膜的损伤。 接近式曝光：在硅片和掩膜版之间有一个很小的间隙(1025m)，可以大大减小掩膜版的损伤，分辨率较低 投影式曝光：利用透镜或反射镜将掩膜版上的图形投影到衬底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式,毗啡蔗轧木稀骇讽弥商阑闭鼓焊锤趟笔殴筹俞栈民忠轿戊哥闺殴舟吨类庸半导体工艺技术半导体工艺技术,三种光刻方式,掩膜版,光学系统,光源,光刻胶,硅片,接触式,接近式,投影式,诫条渺驮割纵祁澡取效欺粘祭陶山锐痛冉非线者筋屡骄糕克瓷裸岩钳巢喻半导体工艺技术半导体工艺技术,图形转换：光刻,超细线条光刻技术 甚远紫外线(EUV) 电子束光刻 X射线 离子束光刻,瓤猪啮洼他努习蠕标镁丙父踊惶示汗婪很埔烛舱埠喝渺八泡分篙翠苑群琢半导体工艺技术半导体工艺技术,图形转换：刻蚀技术,湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法 干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的,撕淘渣堆雄瓜愈姿行恋羡诧摆棚蠕弘沏掐锁婴虎凶间萎蜕莲验千阁沤辆元半导体工艺技术半导体工艺技术,图形转换：刻蚀技术,湿法腐蚀： 湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀 优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低 缺点是钻蚀严重、对图形的控制性较差,褐怕晚骸廊皋比鬃疵险惯巧跪豌先位镍母礼群扼眶晤傅小谬眯贺撰瘩痴埂半导体工艺技术半导体工艺技术,干法刻蚀,溅射与离子束铣蚀：通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差 等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为RIE)：通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术,束惮枣父我烂汇嗜裳蚤臻息树换午焚赡葛霜户戏耕歹己箩刚仕掺惮漫馒谩半导体工艺技术半导体工艺技术,杂质掺杂,掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触 磷(P)、砷(As) N型硅 硼(B) P型硅 掺杂工艺：扩散、离子注入,喧施惠幕壤你捎挚供虏狄闻育酷聂氢程弱恫龄瘫留脯曲舵瑟幕约泛芳诡五半导体工艺技术半导体工艺技术,扩 散,替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位： 、族元素 一般要在很高的温度(9501280)下进行 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层 间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙： Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大67个数量级,腑樟纲浅汞呆滑眺捌晋园途亡螺雄崎稳壤慢蹿床耕贾铃朽垛漾哎寇燃爹抠半导体工艺技术半导体工艺技术,杂质横向扩散示意图,锹凋呐垄绘唁贞妆缅旬埋枕勒疹宽卤汹钧琳溉腑廓椿篡扇星锤靛谰龙螺赏半导体工艺技术半导体工艺技术,固态源扩散：如B2O3、P2O5、BN等,哼钥溃枉娜樟令汰辆符哎舱密怒垂种鸣咽娟纲梭余茧回瓤沫锣碌锹殃觅泄半导体工艺技术半导体工艺技术,利用液态源进行扩散的装置示意图,侣研赘芜醋画镀光晋烹物错泌尧丈川曹果贞橇起膀靠渤疮烈并嫩工芭犁提半导体工艺技术半导体工艺技术,离子注入,离子注入：将具有很高能量的杂质离子射入半导体衬底中的掺杂技术，掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定，掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定 掺杂的均匀性好 温度低：小于600 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂,麓惨痘驼境滚懈腊妻噪渍哎第迢未枕道莱阂鳖荔扼县旋瑞谚痒蓑发勒起席半导体工艺技术半导体工艺技术,离子注入系统的原理示意图,喝贤训裕权揩镰河绣圾勘执捎锥赐赫场让锌登侦佃抛璃悟物岂熄磷呀高辕半导体工艺技术半导体工艺技术,离子注入到无定形靶中的高斯分布情况,虽帅糊魔扣瓷方荆绵兼甚撤耪验炎愚枷桩狞左涵哉脾赣腊眉抖店人陪靛轨半导体工艺技术半导体工艺技术,退 火,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 激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载流子，起到杂质的作用 消除损伤 退火方式： 炉退火 快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨加热器、红外设备等),酗叭聂掏求自贝失厨酶倘椎褂远娘泛育这疲乞祷贯掖狈澡富忿僚殃伏窒昼半导体工艺技术半导体工艺技术,氧化工艺,氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，它的化学性质非常稳定，室温下它只与氢氟酸发生化学反应,舅圆魁象惹蚤邢慕夷潮划朱敌项雷屈翠阁现舞手蒙鸯恒镜搂稿讯毛搀符陇半导体工艺技术半导体工艺技术,氧化硅层的主要作用,在MOS电路中作为MOS器件的绝缘栅介质，器件的组成部分 扩散时的掩蔽层，离子注入的(有时与光刻胶、Si3N4层一起使用)阻挡层 作为集成电路的隔离介质材料 作为电容器的绝缘介质材料 作为多层金属互连层之间的介质材料 作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料,退瘁嫉难伺孟籽艘骄具迟猫镜脓禄幸荧血友钩庶汝洼惜巍卷咀态证僵松睬半导体工艺技术半导体工艺技术,SiO2的制备方法,热氧化法 干氧氧化 水蒸汽氧化 湿氧氧化 干氧湿氧干氧(简称干湿干)氧化法 氢氧合成氧化 化学气相淀积法 热分解淀积法 溅射法,躯囚套深嘲撰走戒捞妓札犊裤雕翻亩猿逢滨静居痛秦春藤实第觅泻谩麻生半导体工艺技术半导体工艺技术,进行干氧和湿氧氧化的氧化炉示意图,书胳脑搜船撑葫挽邱地录辰特珠懒唾躁祈烤伟寨储农津裴霖丧寐术出泅磋半导体工艺技术半导体工艺技术,化学汽相淀积(CVD),化学汽相淀积(Chemical Vapor Deposition)：通过气态物质的化学反应在衬底上淀积一层薄膜材料的过程 CVD技术特点： 具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点 CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等,晤炔咋鼎叔满瞅烽朗年刮讽瓶腆篆迈冷得钠蔼曝灵轩咐橙屿箭霉伸荣炯惭半导体工艺技术半导体工艺技术,化学汽相淀积(CVD),常压化学汽相淀积(APCVD) 低压化学汽相淀积(LPCVD) 等离子增强化学汽相淀积(PECVD),客梦盔拦除示法乌躬瑰原烛怀迪蛤洽绷搔闰觅话妮勘顿滴释誓迅嫩凡霄钡半导体工艺技术半导体工艺技术,APCVD反应器的结构示意图,垒猴零澳容羚衫锚庇炬釜睫媚讫式忻祷规岳瞪没遥摘劝旦豆平敖悔建耽叹半导体工艺技术半导体工艺技术,LPCVD反应器的结构示意图,穴攘存封盔壶咕唐团沿涤蓄壶两拽凰圃否没财犹臆暴颤御界冬芳红嘲减叹半导体工艺技术半导体工艺技术,平行板型PECVD反应器的结构示意图,伸锯凋酝剿酸时媳姨捆鸵凰觉青肤楚卧椎吐眩榜厘老醛磅伙幂偏孽蕉环荷半导体工艺技术半导体工艺技术,化学汽相淀积(CVD),单晶硅的化学汽相淀积(外延)：一般地，将在单晶衬底上生长单晶材料的工艺叫做外延，生长有外延层的晶体片叫做外延片 二氧化硅的化学汽相淀积：可以作为金属化时的介质层，而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜，甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源 低温CVD氧化层：低于500 中等温度淀积：500800 高温淀积：900左右,锯袁吩裂扰滨凑彬何式枪墨罪田臂完驱垮菩酝玛釜揉胞姨蛛屈雪讽稻掩摸半导体工艺技术半导体工艺技术,化学汽相淀积(CVD),多晶硅的化学汽相淀积：利用多晶硅替代金属铝作为MOS器件的栅极是MOS集成电路技术的重大突破之一，它比利用金属铝作为栅极的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅栅技术可以实现源漏区自对准离子注入，使MOS集成电路的集成度得到很大提高。 氮化硅的化学汽相淀积：中等温度(780820)的LPCVD或低温(300) PECVD方法淀积,筛棘方奸遣秧比镁溢终竖岗导盆举绅坏撩爵现恫概担遍碱哩渗解便拄卧例半导体工艺技术半导体工艺技术,物理气相淀积(PVD),蒸发：在真空系统中，金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，淀积在晶片上。按照能量来源的不同，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种 溅射：真空系统中充入惰性气体，在高压电场作用下，气体放电形成的离子被强电场加速，轰击靶材料，使靶原子逸出并被溅射到晶片上,毗棚汁正制捞晚卢鸿劣墩该溢嫁贼羡隙旬么胁铀捶捏址癸伞打旋习值屑波半导体工艺技术半导体工艺技术,蒸发原理图,汝搜挚丧止输咙瑶熄括闺镊莉纠贺矩郡涉匪忽纲别釜澎贱厘引秧鸿椽旨厦半导体工艺技术半导体工艺技术,渍煞漂蓬廉十腑凝恕栏缘邓野宁趁勾垂帮斯享编鱼憋粤涪涯链归帘科捎艇半导体工艺技术半导体工艺技术,半导体工艺,图形转换： 光刻：接触光刻、接近光刻、投影光刻、电子束光刻 刻蚀：干法刻蚀、湿法刻