半導(dǎo)體制造工藝過程培訓(xùn)課件

半導(dǎo)體制造工藝過程2010-7-29半導(dǎo)體制造工藝過程2010-7-291目錄1、概述2、晶體生長(zhǎng)與圓晶制造3、硅的氧化4、光刻與刻蝕5、擴(kuò)散與離子注入6、薄膜沉積目錄1、概述2概述工藝集成晶體生長(zhǎng)與圓晶制造熱氧化光刻與刻蝕擴(kuò)散與離子注入薄膜沉積測(cè)試與封裝概述工藝集成晶體生長(zhǎng)與圓晶制造熱氧化光刻與刻蝕擴(kuò)散與離子注入3晶體生長(zhǎng)與圓晶制造1、直拉法單晶生長(zhǎng)多晶硅放在坩堝中，加熱到1420℃將硅熔化，將已知晶向的籽晶插入熔化硅中然后拔出。硅錠旋轉(zhuǎn)速度20r/min坩堝旋轉(zhuǎn)速度10r/min提升速度：1.4mm/min摻雜P、B、Sb、As晶體生長(zhǎng)與圓晶制造1、直拉法單晶生長(zhǎng)4晶體生長(zhǎng)與圓晶制造晶體生長(zhǎng)與圓晶制造5晶體生長(zhǎng)與圓晶制造2、區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)主要用于制備高純度硅或無氧硅生長(zhǎng)方法多晶硅錠放置在一個(gè)單晶籽晶上，多晶硅錠由一個(gè)外部的射頻線圈加熱，使得硅錠局部熔化，隨著線圈和熔融區(qū)的上移，單晶籽晶上就會(huì)往上生長(zhǎng)單晶。電阻率高無雜質(zhì)沾污機(jī)械強(qiáng)度小，尺寸小晶體生長(zhǎng)與圓晶制造2、區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)6晶體生長(zhǎng)與圓晶制造晶體生長(zhǎng)與圓晶制造7晶體生長(zhǎng)與圓晶制造晶體生長(zhǎng)與圓晶制造8熱氧化SiO2的基本特性雜質(zhì)阻擋特性好硅和SiO2的腐蝕選擇特性好熱氧化SiO2的基本特性9熱氧化反應(yīng)方程：Si(固體)+O2(氣體)SiO2Si(固體)+2H2O

(氣體)SiO2+H2(氣體)熱氧化反應(yīng)方程：10熱氧化硅熱氧化工藝，可分為：干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化。干氧氧化是以干燥純凈的氧氣作為氧化氣氛，在高溫下氧直接與硅反應(yīng)生成二氧化硅。水汽氧化是以高純水蒸汽為氧化氣氛，由硅片表面的硅原子和水分子反應(yīng)生成二氧化硅。水汽氧化的氧化速率比干氧氧化的為大。而濕氧氧化實(shí)質(zhì)上是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之間。

熱氧化硅熱氧化工藝，可分為：干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化。干11光刻與刻蝕光刻是一種復(fù)印圖象和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。它先采用照相復(fù)印的方法，將事先制好的光刻版上的圖形精確地、重復(fù)地印在涂有感光膠的SiO2層(或Al層)上，然后利用光刻膠的選擇性保護(hù)作用，對(duì)SiO2層(或A1層)進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，從而在Si02層(或Al層上)刻出與光刻版相應(yīng)的圖形。光刻技術(shù)常見的技術(shù)方案有紫外光刻、電子束光刻、納米壓印光刻等，以廣為業(yè)界的人們所熟悉。近年來，在人們?yōu)榧{米級(jí)光刻技術(shù)探索出路的同時(shí)，也出現(xiàn)了許多新的技術(shù)應(yīng)用于光刻工藝中，主要有干涉光刻技術(shù)、激光聚焦中性原子束光刻、立體光刻技術(shù)、全息光刻技術(shù)和掃描電化學(xué)光刻技術(shù)等等。光刻與刻蝕光刻是一種復(fù)印圖象和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。它12光刻與刻蝕光刻工藝步驟如下：首先圖層被轉(zhuǎn)移到光刻膠層。光刻與刻蝕光刻工藝步驟如下：首先圖層被轉(zhuǎn)移到光刻膠層。13光刻與刻蝕其次，把圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶圓上。光刻與刻蝕其次，把圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶圓上。14光刻與刻蝕光刻膠有正膠和負(fù)膠之分光刻與刻蝕光刻膠有正膠和負(fù)膠之分15光刻與刻蝕光刻與刻蝕16光刻與刻蝕用物理的、化學(xué)的或同時(shí)使用化學(xué)和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分材料去除，從而得到和抗蝕劑完全一致的圖形。刻蝕最簡(jiǎn)單最常用分類是：濕法刻蝕和干法刻蝕。光刻與刻蝕用物理的、化學(xué)的或同時(shí)使用化學(xué)和物理的方法，有選擇17光刻與刻蝕濕法刻蝕是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，是指利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來去除為被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。濕法刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低缺點(diǎn)是：鉆刻嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差，不能用于小的特征尺寸；會(huì)產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液光刻與刻蝕濕法刻蝕是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，是指利用溶液與預(yù)18光刻與刻蝕干法刻蝕：利用等離子體將不要的材料去除（亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法）。干法刻蝕種類很多，如光揮發(fā)、氣相腐蝕、等離子體腐蝕等。其優(yōu)點(diǎn)是：各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，細(xì)線條操作安全，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無化學(xué)廢液，處理過程未引入污染，潔凈度高。缺點(diǎn)是：成本高，設(shè)備復(fù)雜。干法刻蝕主要形式有純化學(xué)過程（如屏蔽式，下游式，桶式），純物理過程（如離子銑），物理化學(xué)過程，常用的有反應(yīng)離子刻蝕RIE，離子束輔助自由基刻蝕ICP。

光刻與刻蝕干法刻蝕：利用等離子體將不要的材料去除（亞微米尺寸19擴(kuò)散與離子注入所謂擴(kuò)散指在高溫下，雜質(zhì)在濃度梯度的驅(qū)使下滲透進(jìn)半導(dǎo)體材料，并形成一定的雜質(zhì)分布，從而改變導(dǎo)電類型或雜質(zhì)濃度。劑量控制結(jié)深控制擴(kuò)散與離子注入所謂擴(kuò)散指在高溫下，雜質(zhì)在濃度梯度的驅(qū)使下滲透20擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散系統(tǒng)固態(tài)源液態(tài)源擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散系統(tǒng)固態(tài)源21擴(kuò)散與離子注入所謂離子注入指先使待摻雜的原子或分子電離，再加速到一定的能量，使之注入到晶體中，然后經(jīng)過退火使雜質(zhì)激活。離子注入的優(yōu)點(diǎn)：精確控制劑量和深度低溫:小于125℃掩膜材料多樣表面要求低橫向均勻性好(<1%for8”wafer)擴(kuò)散與離子注入所謂離子注入指先使待摻雜的原子或分子電離，再加22擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散與離子注入23擴(kuò)散與離子注入離子注入機(jī)種類：離子注入機(jī)結(jié)構(gòu)圖外形臥式立式能量低能量60Kev中能量60kev-200kev高能量200kev以上擴(kuò)散與離子注入離子注入機(jī)種類：離子注入機(jī)結(jié)構(gòu)圖外形臥式立式能24擴(kuò)散與離子注入退火的作用：1.消除晶格損傷2.激活雜質(zhì)退火的方法：1.高溫?zé)嵬嘶穑河酶邷貭t把硅片加熱至800-1000℃并保持30分鐘特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，設(shè)備兼容，但高溫長(zhǎng)時(shí)間易導(dǎo)致雜質(zhì)的再擴(kuò)散。擴(kuò)散與離子注入退火的作用：1.消除晶格損傷2.激活雜質(zhì)退火的25薄膜沉積根據(jù)需要，在晶圓的表面沉積一層目標(biāo)材料實(shí)現(xiàn)一定功能的過程稱為薄膜沉積，薄膜沉積包括以下幾個(gè)方面外延生長(zhǎng)技術(shù)電介質(zhì)淀積多晶硅淀積金屬化薄膜沉積根據(jù)需要，在晶圓的表面沉積一層目標(biāo)材料實(shí)現(xiàn)一定功能的26薄膜沉積物理氣相沉積（PVD)指的是利用某種物理的過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子束轟擊時(shí)物理表面原子的濺射現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)從原物質(zhì)到薄膜的可控的原子轉(zhuǎn)移過程。 物理氣相沉積技術(shù)中最為基本的兩種方法就是蒸發(fā)法和濺射法，另外還有離子束和離子助等等方法。

薄膜沉積物理氣相沉積（PVD)指的是利用某種物理的過程，如物27薄膜沉積化學(xué)氣相沉積(CVD)顧名思義，利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。在高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶體外延技術(shù)以及各種絕緣材料薄膜的制備中大量使用了化學(xué)氣相沉積技術(shù)。比如，在MOS場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用化學(xué)氣相方法沉積的薄膜就包括多晶硅，二氧化硅、氮化硅等。薄膜沉積化學(xué)氣相沉積(CVD)顧名思義，利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物28薄膜沉積化學(xué)氣象沉積指利用化學(xué)反應(yīng)的方式在反應(yīng)室內(nèi)將反應(yīng)物（通常為氣體)生成固態(tài)的生成物，并沉積在硅片表面的一種薄膜沉積技術(shù)。氣相淀積具有很好的臺(tái)階覆蓋特性APCVD=AtmosphericPressureCVD，常壓CVDLPCVD=LowPressureCVD，低壓CVDPECVD=PlasmaEnhancedCVD，等離子體CVDHDPCVD=High-DensityCVD，高密度CVD薄膜沉積化學(xué)氣象沉積指利用化學(xué)反應(yīng)的方式在反應(yīng)室內(nèi)將反應(yīng)物（29薄膜沉積氣體通過熱反應(yīng)腔時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)薄膜沉積氣體通過熱反應(yīng)腔時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)30薄膜沉積CVD反應(yīng)過程：參加反應(yīng)的氣體混合物被輸運(yùn)到沉積區(qū)反應(yīng)物由主氣流擴(kuò)散到襯底表面。反應(yīng)物分子吸附在襯底表面上吸附物分子間或吸附分子與氣體分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅原子和化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物，硅原子沿襯底表面遷移并結(jié)合進(jìn)入晶體點(diǎn)陣內(nèi)反應(yīng)副產(chǎn)物分子從襯底表面解吸副產(chǎn)物分子由襯底表面外擴(kuò)散到主氣流中，排出沉積區(qū)。薄膜沉積CVD反應(yīng)過程：31半導(dǎo)體制造過程控制微電子制造的過程控制問題可分成四種類型(Lee,1990)：設(shè)備管理，污染控制(contaminationcontrol)，材料操作及單元操作控制。

主要的材料操作及單元操作有晶體生長(zhǎng)，氧化，沉積(絕緣體，硅，金屬)，物理氣相沉淀，摻雜物擴(kuò)散，摻雜物離子培植(dopantionimplantation)，光刻，刻蝕及機(jī)械/化學(xué)研磨等。建模和控制方法的研究主要集中在刻蝕(lithography)，沉積，蝕刻等方面。

半導(dǎo)體制造過程控制微電子制造的過程控制問題可分成四種類型(L32完！完！33演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！34半導(dǎo)體制造工藝過程2010-7-29半導(dǎo)體制造工藝過程2010-7-2935目錄1、概述2、晶體生長(zhǎng)與圓晶制造3、硅的氧化4、光刻與刻蝕5、擴(kuò)散與離子注入6、薄膜沉積目錄1、概述36概述工藝集成晶體生長(zhǎng)與圓晶制造熱氧化光刻與刻蝕擴(kuò)散與離子注入薄膜沉積測(cè)試與封裝概述工藝集成晶體生長(zhǎng)與圓晶制造熱氧化光刻與刻蝕擴(kuò)散與離子注入37晶體生長(zhǎng)與圓晶制造1、直拉法單晶生長(zhǎng)多晶硅放在坩堝中，加熱到1420℃將硅熔化，將已知晶向的籽晶插入熔化硅中然后拔出。硅錠旋轉(zhuǎn)速度20r/min坩堝旋轉(zhuǎn)速度10r/min提升速度：1.4mm/min摻雜P、B、Sb、As晶體生長(zhǎng)與圓晶制造1、直拉法單晶生長(zhǎng)38晶體生長(zhǎng)與圓晶制造晶體生長(zhǎng)與圓晶制造39晶體生長(zhǎng)與圓晶制造2、區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)主要用于制備高純度硅或無氧硅生長(zhǎng)方法多晶硅錠放置在一個(gè)單晶籽晶上，多晶硅錠由一個(gè)外部的射頻線圈加熱，使得硅錠局部熔化，隨著線圈和熔融區(qū)的上移，單晶籽晶上就會(huì)往上生長(zhǎng)單晶。電阻率高無雜質(zhì)沾污機(jī)械強(qiáng)度小，尺寸小晶體生長(zhǎng)與圓晶制造2、區(qū)熔法晶體生長(zhǎng)40晶體生長(zhǎng)與圓晶制造晶體生長(zhǎng)與圓晶制造41晶體生長(zhǎng)與圓晶制造晶體生長(zhǎng)與圓晶制造42熱氧化SiO2的基本特性雜質(zhì)阻擋特性好硅和SiO2的腐蝕選擇特性好熱氧化SiO2的基本特性43熱氧化反應(yīng)方程：Si(固體)+O2(氣體)SiO2Si(固體)+2H2O

(氣體)SiO2+H2(氣體)熱氧化反應(yīng)方程：44熱氧化硅熱氧化工藝，可分為：干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化。干氧氧化是以干燥純凈的氧氣作為氧化氣氛，在高溫下氧直接與硅反應(yīng)生成二氧化硅。水汽氧化是以高純水蒸汽為氧化氣氛，由硅片表面的硅原子和水分子反應(yīng)生成二氧化硅。水汽氧化的氧化速率比干氧氧化的為大。而濕氧氧化實(shí)質(zhì)上是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之間。

熱氧化硅熱氧化工藝，可分為：干氧氧化、水汽氧化和濕氧氧化。干45光刻與刻蝕光刻是一種復(fù)印圖象和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。它先采用照相復(fù)印的方法，將事先制好的光刻版上的圖形精確地、重復(fù)地印在涂有感光膠的SiO2層(或Al層)上，然后利用光刻膠的選擇性保護(hù)作用，對(duì)SiO2層(或A1層)進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，從而在Si02層(或Al層上)刻出與光刻版相應(yīng)的圖形。光刻技術(shù)常見的技術(shù)方案有紫外光刻、電子束光刻、納米壓印光刻等，以廣為業(yè)界的人們所熟悉。近年來，在人們?yōu)榧{米級(jí)光刻技術(shù)探索出路的同時(shí)，也出現(xiàn)了許多新的技術(shù)應(yīng)用于光刻工藝中，主要有干涉光刻技術(shù)、激光聚焦中性原子束光刻、立體光刻技術(shù)、全息光刻技術(shù)和掃描電化學(xué)光刻技術(shù)等等。光刻與刻蝕光刻是一種復(fù)印圖象和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的綜合性技術(shù)。它46光刻與刻蝕光刻工藝步驟如下：首先圖層被轉(zhuǎn)移到光刻膠層。光刻與刻蝕光刻工藝步驟如下：首先圖層被轉(zhuǎn)移到光刻膠層。47光刻與刻蝕其次，把圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶圓上。光刻與刻蝕其次，把圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到晶圓上。48光刻與刻蝕光刻膠有正膠和負(fù)膠之分光刻與刻蝕光刻膠有正膠和負(fù)膠之分49光刻與刻蝕光刻與刻蝕50光刻與刻蝕用物理的、化學(xué)的或同時(shí)使用化學(xué)和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分材料去除，從而得到和抗蝕劑完全一致的圖形。刻蝕最簡(jiǎn)單最常用分類是：濕法刻蝕和干法刻蝕。光刻與刻蝕用物理的、化學(xué)的或同時(shí)使用化學(xué)和物理的方法，有選擇51光刻與刻蝕濕法刻蝕是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，是指利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來去除為被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。濕法刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低缺點(diǎn)是：鉆刻嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差，不能用于小的特征尺寸；會(huì)產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液光刻與刻蝕濕法刻蝕是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，是指利用溶液與預(yù)52光刻與刻蝕干法刻蝕：利用等離子體將不要的材料去除（亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法）。干法刻蝕種類很多，如光揮發(fā)、氣相腐蝕、等離子體腐蝕等。其優(yōu)點(diǎn)是：各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，細(xì)線條操作安全，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無化學(xué)廢液，處理過程未引入污染，潔凈度高。缺點(diǎn)是：成本高，設(shè)備復(fù)雜。干法刻蝕主要形式有純化學(xué)過程（如屏蔽式，下游式，桶式），純物理過程（如離子銑），物理化學(xué)過程，常用的有反應(yīng)離子刻蝕RIE，離子束輔助自由基刻蝕ICP。

光刻與刻蝕干法刻蝕：利用等離子體將不要的材料去除（亞微米尺寸53擴(kuò)散與離子注入所謂擴(kuò)散指在高溫下，雜質(zhì)在濃度梯度的驅(qū)使下滲透進(jìn)半導(dǎo)體材料，并形成一定的雜質(zhì)分布，從而改變導(dǎo)電類型或雜質(zhì)濃度。劑量控制結(jié)深控制擴(kuò)散與離子注入所謂擴(kuò)散指在高溫下，雜質(zhì)在濃度梯度的驅(qū)使下滲透54擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散系統(tǒng)固態(tài)源液態(tài)源擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散系統(tǒng)固態(tài)源55擴(kuò)散與離子注入所謂離子注入指先使待摻雜的原子或分子電離，再加速到一定的能量，使之注入到晶體中，然后經(jīng)過退火使雜質(zhì)激活。離子注入的優(yōu)點(diǎn)：精確控制劑量和深度低溫:小于125℃掩膜材料多樣表面要求低橫向均勻性好(<1%for8”wafer)擴(kuò)散與離子注入所謂離子注入指先使待摻雜的原子或分子電離，再加56擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散與離子注入57擴(kuò)散與離子注入離子注入機(jī)種類：離子注入機(jī)結(jié)構(gòu)圖外形臥式立式能量低能量60Kev中能量60kev-200kev高能量200kev以上擴(kuò)散與離子注入離子注入機(jī)種類：離子注入機(jī)結(jié)構(gòu)圖外形臥式立式能58擴(kuò)散與離子注入退火的作用：1.消除晶格損傷2.激活雜質(zhì)退火的方法：1.高溫?zé)嵬嘶穑河酶邷貭t把硅片加熱至800-1000℃并保持30分鐘特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，設(shè)備兼容，但高溫長(zhǎng)時(shí)間易導(dǎo)致雜質(zhì)的再擴(kuò)散。擴(kuò)散與離子注入退火的作用：1.消除晶格損傷2.激活雜質(zhì)退火的59薄膜沉積根據(jù)需要，在晶圓的表面沉積一層目標(biāo)材料實(shí)現(xiàn)一定功能的過程稱為薄膜沉積，薄膜沉積包括以下幾個(gè)方面外延生長(zhǎng)技術(shù)電介質(zhì)淀積多晶硅淀積金屬化薄膜沉積根據(jù)需要，在晶圓的表面沉積一層目標(biāo)材料實(shí)現(xiàn)一定功能的60薄膜沉積物理氣相沉積（PVD)指的是利用某種物理的過程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒子束轟擊時(shí)物理表面原子的濺射現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)從原物質(zhì)到薄膜的可控的原子轉(zhuǎn)移過程。 物理氣相沉積技術(shù)中最為基本的兩種方法就是蒸發(fā)法和濺射法，另外還有離子束和離子助等等方法。

薄膜沉積物理氣相沉積（PVD)指的是利用某種物理的過程，如物61薄膜沉積化學(xué)氣相沉積(CVD)顧名思義，利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，通過原子、分子間化學(xué)反應(yīng)的途徑生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。在高質(zhì)量的半導(dǎo)體晶體外延技術(shù)以及各種絕緣材料薄膜的制備中大量使用了化學(xué)氣相沉積技術(shù)。比如，在MOS場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用化學(xué)氣相方法沉積的薄膜就包括多晶硅，二氧化硅、氮化硅等。薄膜沉積化學(xué)氣相沉積(CVD)顧名思義，利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物62薄膜沉積化學(xué)氣象沉積指利用化學(xué)反應(yīng)的方式