硅集成電路工藝基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)

硅集成電路工藝基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí)第一頁，共51頁。硅片制造廠的分區(qū)Test/Sort測試/揀選Implant注入Diffusion擴散Etch刻蝕Polish拋光Photo光刻CompletedWaferUnpatternedWafer無圖形的硅WaferStartThinFilms薄膜WaferFabrication(front-end)硅片制造（前端）

第二頁，共51頁。二氧化硅的制備方法CVD（化學(xué)氣相淀積）PVD（物理氣相淀積）熱氧化1、熱氧化生成的二氧化硅掩蔽能力最強

2、質(zhì)量最好、重復(fù)性和穩(wěn)定性最好

3、降低表面懸掛鍵從而使表面狀態(tài)密度減小，且能很好的控制界面陷阱和固定電荷第三頁，共51頁。熱氧化法三種氧化法比較干氧氧化：結(jié)構(gòu)致密但氧化速度極低濕氧氧化：氧化速度高但結(jié)構(gòu)略粗糙，制備厚二氧化硅薄膜水汽氧化：結(jié)構(gòu)粗糙不可取

實際生產(chǎn)：干氧氧化+濕氧氧化+干氧氧化常規(guī)三步熱氧化模式既保證了二氧化硅表面和界面的的質(zhì)量，又解決了生長速率的問題第四頁，共51頁。決定氧化速率的因素氧化劑分壓氧化溫度硅表面晶向硅中雜質(zhì)第五頁，共51頁。硅—二氧化硅界面特性硅—二氧化硅界面電荷類型可動離子電荷界面陷阱電荷氧化層固定電荷氧化層陷阱電荷第六頁，共51頁。雜質(zhì)參雜摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達到改變版胴體電學(xué)性質(zhì)，形成PN結(jié)、電阻、歐姆接觸摻雜工藝：擴散、離子注入第七頁，共51頁。第八頁，共51頁。擴散機構(gòu)第九頁，共51頁。擴散雜質(zhì)的分布擴散方式：恒定表面源擴散有限表面源擴散實際方法：兩步--預(yù)擴散在低溫下采用恒定表面源擴散方式--主擴散將由預(yù)擴散引入的雜質(zhì)作為擴散源，在較高溫度下進行擴散。（再分布）第十頁，共51頁。恒定表面源擴散，雜質(zhì)為余誤差分布第十一頁，共51頁。有限源擴散第十二頁，共51頁。有限源擴散的特點第十三頁，共51頁。離子注入的應(yīng)用可以用于n/p型硅的制作調(diào)整閾值電壓用的溝道摻雜隔離工序中防止計生溝道用的溝道截斷CMOS阱的形成淺結(jié)的制備在特征尺寸日益減小的今日，離子注入已經(jīng)成為種主流技術(shù)第十四頁，共51頁。離子注入的優(yōu)缺點第十五頁，共51頁。離子注入的溝道效應(yīng)溝道效應(yīng)：離子沿某些方向摻入的速度比其他方向大，使離子峰值在硅片更深處或呈雙峰值得雜質(zhì)分布第十六頁，共51頁。怎么才能解決離子溝道效應(yīng)傾斜樣品表面，晶體的主軸方向偏離注入方向，典型值為7°。先重轟擊晶格表面，形成無定型層在無定形靶運動的離子由于碰撞方向不斷改變，因而也會有部分離子進入溝道，但在溝道運動過程中又有可能脫離溝道，故對注入離子峰值附近的分布并不會產(chǎn)生實質(zhì)性的影響增大注入離子的半徑(B——BF2)表面長二氧化硅薄層第十七頁，共51頁。熱退火退火也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮氣等不活潑氣氛中進行的熱處理過程都可以稱為退火激活雜質(zhì)：使不在晶格位置上的離子運動到晶格位置，以便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子，起到雜質(zhì)的作用消除損傷高溫下，原子的振動能增大，因而移動能力加強，可使復(fù)雜的損傷分解為點缺陷或其他形式的簡單缺陷，簡單缺陷在高溫下可以較高的遷移率移動，復(fù)合后缺陷消失。對于非晶區(qū)域損傷恢復(fù)首先發(fā)生在損傷區(qū)與結(jié)晶區(qū)的交界面。退火的溫度和時間，退火方式等根據(jù)實際的損傷情況來確定。低劑量造成的損傷，一般在較低溫度下退火就可以消除。載流子激活所需要的溫度比起壽命和遷移率恢復(fù)所需要的溫度低。第十八頁，共51頁。淀積第十九頁，共51頁。PVD物理氣相淀積真空蒸發(fā)法濺射第二十頁，共51頁。CVD化學(xué)氣相淀積工藝特點第二十一頁，共51頁?；瘜W(xué)氣相淀積CVD系統(tǒng)的分類常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD）低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD）等離子增強化學(xué)氣相淀積（PECVD）第二十二頁，共51頁。CVD三種方法比較APCVD——設(shè)備簡單，淀積速率大（1000A/min）——易氣相成核，均勻性不好，材料利用率低LPCVD——均勻性好，臺階覆蓋性好，污染少。對反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求低。裝片量大——淀積速度低，淀積溫度高，存在氣缺現(xiàn)象PECVD——反應(yīng)溫度低，附著性好，良好的階梯覆蓋，良好的電學(xué)特性可以與精細圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容，薄膜應(yīng)力低，主流工藝——具備LPCVD的優(yōu)點highdepositionrateatrelativelylowtemperatureImprovefilmqualityandstresscontrolthroughionbombardment準確控制襯底溫度第二十三頁，共51頁。采用摻雜多晶硅做柵電極的原因通過摻雜可得到特定的電阻與二氧化硅有良好的接觸界面與后序高溫工序兼容比AL電極穩(wěn)定性好能實現(xiàn)自對準均勻性好第二十四頁，共51頁。氮化硅在微電子工藝中的應(yīng)用第二十五頁，共51頁。外延第二十六頁，共51頁。第二十七頁，共51頁。自摻雜效應(yīng)第二十八頁，共51頁。生長速率的影響因素溫度反應(yīng)劑濃度氣流速度襯底晶向第二十九頁，共51頁。光刻技術(shù)的特點第三十頁，共51頁。ULSI對光刻有哪些基本要求第三十一頁，共51頁。掩膜版第三十二頁，共51頁。光刻光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠受到特定波長光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定液體中的溶解特性改變】光刻過程的主要步驟：曝光、顯影、刻蝕第三十三頁，共51頁。第三十四頁，共51頁。正負光刻膠的對比第三十五頁，共51頁。工藝流程第三十六頁，共51頁。ULSI對圖形轉(zhuǎn)移的要求圖形轉(zhuǎn)移的保真度選擇比在腐蝕的過程中，為了嚴格控制每一層腐蝕圖形的轉(zhuǎn)移精度，同時避免其他各層材料的腐蝕,需要控制不同材料的腐蝕速率。兩種不同材料在腐蝕過程中被腐蝕的速率比均勻性使厚膜腐蝕盡，且薄處不過刻刻蝕的清潔引入的玷污會影響圖形轉(zhuǎn)移的精度，又增加了腐蝕后清洗的復(fù)雜性和難度，故要防止玷污第三十七頁，共51頁?？涛g第三十八頁，共51頁?？涛g工藝分為：濕法刻蝕和干法刻蝕第三十九頁，共51頁。濕法刻蝕和干法刻蝕的比較干法刻蝕優(yōu)缺點：分辨率高各向異性腐蝕能力強均勻性、重復(fù)性好便于連續(xù)自動操作成本高，選擇比一般較低濕法刻蝕的優(yōu)缺點：成本低廉選擇比高各向同性腐蝕速率難以控制第四十頁，共51頁。金屬化：金屬及金屬性材料在集成電路技術(shù)中的應(yīng)用金屬材料的用途及要求：柵電極：良好的界面特性和穩(wěn)定性合適的功函數(shù)多晶硅的優(yōu)點互連材料電阻率小，易于淀積和刻蝕，好的抗電遷移特性接觸材料（接觸孔、硅化物）良好的接觸特性（界面性，穩(wěn)定性，接觸電阻，在半導(dǎo)體材料中的擴散系數(shù)）后續(xù)加工工序中的穩(wěn)定性；保證器件不失效第四十一頁，共51頁。第四十二頁，共51頁。第四十三頁，共51頁。第四十四頁，共51頁。Al/Si接觸中的現(xiàn)象鋁硅相圖Al在Si中的溶解度低Si在Al中的溶解度較高（鋁的尖楔現(xiàn)象，圖9.4）故退火時，Si原子會溶到Al中Al與SiO2的反應(yīng)

4Al+3SiO2

3Si+2Al2O3吃掉Si表面的SiO2，降低接觸電阻改善與SiO2

的黏附性第四十五頁，共51頁。影響尖楔因素Al—Si界面的氧化層的厚度薄氧厚氧(出現(xiàn)在缺陷處，尖楔較深）襯底晶向〈111〉：橫向擴展雙極集成電路〈100〉：垂直擴展pn結(jié)短路MOS集成電路（尖楔現(xiàn)象嚴重）第四十六頁，共51頁。銅及低K介質(zhì)優(yōu)點：電阻率低，可減小引線的寬度和厚度，從而減小分布電容，降低了互連線的延遲時間。抗電遷移性能好，沒有應(yīng)力遷移，可靠性高。RC

第四十七頁，