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1、 第四章 器件制备技术初步1半导体材料的制备技术2器件制备工艺举例3器件工艺技术总览4器件工艺的环境要求一、半导体材料的制备技术l单晶提拉法l外延生长法单晶提拉法Si晶片的制造过程外延生长法外延生长外延生长 Epitaxy 非外延生长epi：在之上 （on, upon ） taxis：规则地安置排列(orderly arrangement)衬底 (substrate)磊晶 （台湾称谓 ）外延的种类化学气相淀积（CVD）Chemical Vapor DepositionMOCVD （金属有机化学气相淀积） 液相外延（LPE）Liquid Phase Epitaxy分子束外延（MBE）Molecu
2、le Beam Epitaxy液相外延（LPE）Liquid Phase Epitaxy分子束外延（MBE）Molecule Beam Epitaxy13MOCVD Metalorganic Chemical Vapor Deposition （金属有机化学气相淀积） 晶体质量高晶体质量高 重复性好重复性好 稳定性好稳定性好 工艺灵活工艺灵活 易于规模化生产易于规模化生产AsH3 or NH3MOCVDMOCVD系统组成系统组成AlGaInNAlGaInN材料的外延生长材料的外延生长 -有机金属气相沉淀有机金属气相沉淀(MOCVD)(MOCVD)衬底衬底 substratesubstrate气
3、体与气体与MOMO源源 GMS cabinetGMS cabinet控制柜控制柜 Control bcabinetControl bcabinet反应室反应室 reactorreactor真空与排气真空与排气 Vacuum Ge:a=5.66A ; -SiC:a=4.35A，金刚石 a=3.567A等）金刚石结构共价键半导体的晶格结构和结合性质 练习题 ：1、在室温下Si的晶格常数a=5.43A; Ge的晶格常数 a=5.66A，分别计算每立方厘米内硅、锗的原子个数2、分别计算Si（100），（110），（111）面每平方厘 米内的原子个数，即原子面密度（提示：先画出各 晶面内原子的位置和分布
4、图）3、计算硅, 和111晶向上单位长度内 的原子数，即原子线密度半导体的晶格结构和结合性质 练习题1Ge : Si:1.1 半导体的晶格结构和结合性质练习题2（100），（110）和（111）晶面上的原子分布半导体的晶格结构和结合性质（100）（110）（111）1.1 半导体的晶格结构和结合性质第四章 器件制备技术初步1半导体材料的制备技术2 2器件制备工艺举例器件制备工艺举例3器件工艺技术总览4器件工艺的环境要求二、器件制备工艺举例（一）PN结的制备方法（二） MOSFET的制备工艺（三） CMOS工艺（一）（一）pnpn 结的制作方法结的制作方法合金法合金法 扩散法扩散法 离子注入法离
5、子注入法 外延生长法外延生长法n-Si常温固态Aln高温熔融 Alnp常温固态Al方法1. 合金法方法2. 扩散法(a)抛光处理后的型硅晶片(b)采用干法或湿法氧化 工艺的晶片氧化层制作 （d)图形掩膜、曝光 (c)光刻胶层匀胶及坚膜 （f)腐蚀SiO2后的晶片 (e)曝光后去掉扩散窗口膜的 晶片半导体的掺杂热扩散半导体的掺杂方法3. 离子注入法 注入产生晶格损伤 损伤恢复：快速热退火 （RTA） 该方法在现代集成电路的制作工艺中被广泛采用36半导体的掺杂离子注入半导体的掺杂Lattice Atoms离子注入前Dopant AtomLattice Atoms离子注入后Dopant AtomsL
6、attice Atoms热退火方法4. 外延生长法外延生长法不仅可以制作同质材料pn结，而且可以制作异质材料pn结n+ Substratenpp+ cap layerN electrodeP electrode（二）（二）n n沟沟MOSFETMOSFET制备工艺制备工艺P P型型SiSi衬底的制备衬底的制备 热氧化热氧化SiOSiO2 2淀积多晶硅淀积多晶硅 光刻光刻 腐蚀开窗口腐蚀开窗口 掺杂掺杂 钝化保护钝化保护 电极的形成电极的形成NMOSNMOS制备流程制备流程P型衬底的制备NMOSNMOS制备流程制备流程热氧化SiO2层NMOSNMOS制备流程制备流程淀积多晶硅NMOSNMOS制备
7、流程制备流程旋涂光刻胶NMOSNMOS制备流程制备流程显影NMOSNMOS制备流程制备流程刻蚀多晶硅NMOSNMOS制备流程制备流程氧化层通常留下一个薄层，以减小离子注入对Si表面带 来的晶格损伤，以及通过离子注入掺杂过程中的沟道效 应。刻蚀氧化层NMOSNMOS制备流程制备流程去除光刻胶NMOSNMOS制备流程制备流程源漏掺杂（离子注入）NMOSNMOS制备流程制备流程淀积钝化层NMOSNMOS制备流程制备流程刻蚀接触孔NMOSNMOS制备流程制备流程淀积金属NMOSNMOS制备流程制备流程刻蚀金属（三）（三）CMOSCMOS工艺工艺（三）（三）CMOSCMOS工艺工艺第四章 器件制备技术初
8、步1半导体材料的制备技术2器件制备工艺举例3 3器件工艺技术总览器件工艺技术总览4器件工艺的环境要求三、器件工艺技术总览1. 光刻2. 镀膜3. 掺杂（离子注入、热扩散）4. 刻蚀（干法、湿法）绝缘介质膜绝缘介质膜：热氧化、：热氧化、CVDCVD 金属膜金属膜：溅射、电子束蒸发、热蒸发：溅射、电子束蒸发、热蒸发第四章 器件制备技术初步1半导体材料的制备技术2器件制备工艺举例3器件工艺技术总揽4 4器件工艺的环境要求器件工艺的环境要求4.1 工艺间(Cleanroom) A room in which the concentration of airborne particles is cont
9、rolled, and which is constructed and used in a manner to minimise the introduction, generation, and retention of particles inside the room and in which other relevant parameters, e.g. temperature, humidity, and pressure, are controlled as necessary.What is cleanroom?Class 10 is defined as less than
10、10 particles with diameter larger than 0.5 mm per cubic foot. Class 1 is defined as less than 1 such particles per cubic foot.0.18 mm device require higher than Class 1 grade clean room.0.1110100100010000100000Class 100,000Class 10,000Class 1,000Class 100Class 10Class 1NumberNumber of particles / ft
11、 of particles / ft3 30.11.010Particle size in micronParticle size in micronClass M-1Why do we need a cleanroom? A particle even one-tenth of the minimum feature size can contaminate the chip At 0.18um feature size, a particle as small as 0.018um could be a killer particle if it falls on a critical a
12、rea Larger particles (1um in diameter) Can be handle by high-pressure airflow High-pressure air or nitrogen blowers are widely used in older, 100mm(4-inches) fabs Smaller particles Cannt be handle by high-pressure airflow An air blower add more particlesParticleParticle s on s on MaskMask Stump Stum
13、p on on 正型胶正型胶Hole Hole on on 负负 型胶型胶FilmFilmSubstrat eSubstrat ePartially Implanted JunctionsParticleIon BeamPhotoresistScreen OxideDopant in PRCleanroom StructureProcess AreaEquipment AreaClass 1000Equipment Area Class 1000Raised Floor with Grid PanelsReturn AirHEPA FilterFansPump, RF and etc.Proc
14、ess ToolProcess ToolMakeup AirMakeup AirClass 1Clothing in a CleanroomAir Shower （风淋）Ultra-purity Water （超纯水） Ultra pure Water (Ultra pure Water (超纯水超纯水) ) ResistivityResistivity Particle Particle Bacteria ( Bacteria (细菌细菌) ) Total organic carbon Total organic carbon（TOCTOC） Silica (Silica (二氧化硅二氧化硅) ) oxygen ( oxygen (溶氧溶氧) )作业1、集成电路工艺主要分哪几类，每类中包括哪些主要工艺，并简述各工艺的作用。2、 简述光刻的工艺过程
