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1、集成电路工艺原理,绪论,摩尔语录,本章概要,概述 材料生长与淀积 光刻和刻蚀 CMOS工艺流程,1概述,硅棒芯片,1概述,晶圆芯片,1概述,IC工艺的基本任务,材料生长与淀积：形成不同材料构成的工艺层 光刻和刻蚀：将各种工艺层加工成不同的、我们需要的形状,2 材料生长与淀积,外延生长,外延生长的目的,形成不同的掺杂种类 形成不同的掺杂浓度 形成不同的材料类型,外延生长的方法,化学气相淀积（CVD） 液态生长（LPE） 分子束外延生长(MBE) 金属有机物气相外延生长（MOVPE）,2 材料生长与淀积,SiO2:特点与作用,SiO2的特点,性能优良的绝缘体 与大多数材料（半导体、金属）附着性良好
2、 在硅片上容易生长或淀积,SiO2的作用,栅氧：MOSFET栅电容介质 场氧：有源区之间的电隔离 层间介质：多层金属互连线之间的电隔离 对某些杂质起屏蔽作用,实现选择扩散,2 材料生长与淀积,SiO2:制备方法1,2 材料生长与淀积,SiO2:制备方法2,2 材料生长与淀积,Si3N4,Si3N4的作用,芯片最终表面的保护层 形成高介电常数的绝缘层,Si3N4的制备,化学气相淀积(CVD) 3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2,(气),(气),(气),(固),2 材料生长与淀积,多晶硅:特点与制备,多晶硅的特点,通过掺杂可以成为准导体 与二氧化硅结合良好 容易覆盖高熔点金属(如钛、钵、钨
3、等) 电导率不如金属,多晶硅的制备,化学气相淀积(CVD) SiH4 Si+2H2,500600,2 材料生长与淀积,金属：铝的特点,铝的优势,电阻率低2.65ucm 易制备 易成形 粘附性好,铝的不足,电迁移效应：高电流密度下长期工作会导致开路或短路 熔点较低：淀积铝之后不能有高温工艺,适合做集成电路的互连材料,电迁移现象,2 材料生长与淀积,金属化：多层,2 材料生长与淀积,掺杂硅层：离子注入技术,离子注入的作用,硅中注入施主（P、As） n型硅 硅中注入受主（B） p型硅 改变掺杂浓度,离子注入的过程,原子 离子 高能离子（100200keV） 去除不需要的离子 注入硅 退火 （使杂质在
4、硅中就位，减少缺陷）,改变掺杂类型,2 材料生长与淀积,掺杂硅层：掺杂分布,3 光刻和刻蚀,作用和步骤,作用：在每一材料层上形成具有细微尺寸的图案,主要步骤：,3 光刻和刻蚀,步骤,3 光刻和刻蚀,掩膜,掩膜：高质量的玻璃，上有金属来定义材料层所希望的图案。光照亮掩膜时，就将图案的阴影投射到硅片表面。一层掩膜对应一块集成电路的一层材料的加工,3 光刻和刻蚀,涂胶,涂胶：在晶圆上涂一层光敏态塑性材料（称为 “光刻胶”）,3 光刻和刻蚀,曝光与显影,曝光与显影：是光刻胶中被光照的部分被清洗掉，未被光照的部分保留（正胶，负胶时则是被光照部分保留）,投影式曝光,接触式曝光,3 光刻和刻蚀,Step b
5、y Step(步进),通过光刻机的自动步进，重复上述过程，就可以形成多个芯片的图形。,不同材料层有不同的掩膜版，不同掩膜版之间利用“光刻套准标记”来进行精确对准。,3 光刻和刻蚀,刻蚀,刻蚀：利用化学溶剂或惰性气体（如Ar）形成的等离子体等来去掉未被硬化光刻胶保护的材料层（氧化硅、金属、多晶硅）。,3 光刻和刻蚀,刻蚀方法,干法刻蚀：干法刻蚀是以等离子体进行薄膜刻蚀的技术。一般是借助等离子体中产生的粒子轰击刻蚀区，是各向异性的刻蚀技术，即在被刻蚀的区域内，各个方向上的刻蚀速度不同。通常Si3N4、多晶硅、金属以及合金材料采用干法刻蚀技术。,湿法刻蚀：湿法刻蚀是将被刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀
6、的技术，这是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料。通常SiO2采用湿法刻蚀技术，有时金属铝也采用湿法刻蚀技术。,3 光刻和刻蚀,SiO2窗口的形成,3 光刻和刻蚀,掺杂工艺1,先制备二氧化硅作为注入的掩膜，利用光刻在其上开窗口，再进行离子注入,3 光刻和刻蚀,淀积工艺,3 光刻和刻蚀,自对准工艺,4 CMOS工艺流程,基本流程（1）,N阱CMOS工艺流程,（a）有外延层的初始圆片,（b）在P-外延层中形成N阱,（c）用氮化物或氧化物确定有源区,4 CMOS工艺流程,基本流程（2）,（d）硅片刻蚀,（e）场氧生长,（f）表面去除氮化物或氧化物,4 CMOS工艺流程,基本流程（3）,（g）栅氧生长,（h）多晶硅栅的淀积和形成图案,（i）Pselect掩膜与注入,4 CMOS工艺流程,基本流程（4）,（j）Nselect掩膜与注入,（k）退火和CVD氧化,4 CMOS工艺流程,基本流程（5）,（l）有源区接触及钨塞形成,（m）金属涂层及图案形成,4 CMOS工艺流程,基本流程（6）,压焊块（PAD）,(a)顶视图,(b)侧视图,THE END,谢谢大家！,
