半導(dǎo)體制造工藝簡介

集成電路版圖設(shè)計與驗證第三章半導(dǎo)體制造工藝簡介學(xué)習(xí)目的（1）了解晶體管工作原理，特別是MOS管的工作原理（2）了解集成電路制造工藝（3）了解COMS工藝流程主要內(nèi)容3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識3.2工藝流程3.3工藝集成3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體硅原子結(jié)構(gòu)：4個共價鍵，比較穩(wěn)定，沒有明顯的自由電子。3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1、半導(dǎo)體能帶禁帶帶隙介于導(dǎo)體和絕緣體之間2、半導(dǎo)體載流子空穴和電子3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識3、半導(dǎo)體分類N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體的特點：（1）導(dǎo)電性受摻雜濃度影響。被替代的硅原子數(shù)越多，材料的電阻率越低，越容易導(dǎo)電。（2）多子的濃度取決于雜質(zhì)濃度，少子的濃度取決于溫度。3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識關(guān)于擴散電阻：集成電路中經(jīng)常見到的擴散電阻其實就是利用摻雜的方法改變材料的電阻率得到的。但是當(dāng)摻雜的雜質(zhì)濃度增高時，電阻率會隨著濃度增高快速降低嗎？（與溫度有關(guān)：雜質(zhì)需要完全電離；摻雜半導(dǎo)體中載流子的遷移率會隨雜質(zhì)濃度增加而顯著下降）3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識4、PN結(jié)單向?qū)щ娦裕赫?、開關(guān)、穩(wěn)壓二極管。、5MOS場效應(yīng)管（1）MOS管結(jié)構(gòu)NMOS、PMOS和CMOSMOS管是左右對稱的，漏和源可以互換，只是外加電壓不同。3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識漏區(qū)和源區(qū)稱為有源區(qū)，是由摻雜形成的。柵：鋁柵和硅柵（性能更好）MOS晶體管尺寸定義：寬和長（2）MOS管工作原理反型層、溝道、飽和。飽和之后，溝道形成楔型，電流不再增加。（漏端電壓增加，但溝道的電阻率也在增加）3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（3）MOS管應(yīng)用柵壓越大，電子溝道越厚，溝道電阻率越低，電流越大。因此MOS晶體管是電壓控制電流的器件。數(shù)字電路：開關(guān)作用，柵壓為VDD或GND模擬電路：柵壓介于VDD和GND之間，調(diào)整電流大小，進(jìn)行信號放大作用。主要內(nèi)容3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識3.2工藝流程3.3工藝集成3.2工藝流程1制造工藝簡介2材料的作用3工藝流程4常用工藝之一：外延生長5常用工藝之二：光刻6常用工藝之三：刻蝕7常用工藝之四：摻雜8常用工藝之五：薄膜制備3.2工藝流程材料制備1制造工藝簡介（a）n型硅晶片原材料（b）氧化后的晶片1制造工藝簡介（c）涂敷光刻膠（d）光刻膠通過掩膜版曝光1制造腫工藝序簡介（a）顯箭影后君的晶攀片（b）Si飛O2去除乳后的虜晶片氧化納工藝1制造工工藝圾簡介（c）光紗刻工高藝處結(jié)理后雅的晶估片（d）擴止散或扇離子石注入患形成PN結(jié)光刻泛和刻寶蝕工鐘藝；劫擴散洋和離簽子注偵入工紋藝1制造交工藝披簡介（e）光聞刻工凝藝處蚊理后鼓的晶森片（舒金屬賓化工帽藝）（f）完思整工凳藝處赤理后時的晶姜片（依光刻業(yè)工藝邊）1制造擺工藝寨簡介工藝懷總結(jié)尖一：處集成酸電路嘉的制擦造是睬平面聰工藝壞，需節(jié)要多半層加弱工工藝樹總結(jié)錦二：緒芯片鉛是由醉底層P-樂Su械b到最堆上層叫的不互同圖胡形層啟次疊社加而拿成。2材料眉的作外用表2.語1集成帖電路畝中所貓需要博的材業(yè)料導(dǎo)體日：低令值電躬阻，耗電容量極板蛋，器坑件邊捐線，演接觸許，焊悟盤半導(dǎo)沙體：內(nèi)襯底絕緣陣體：袋電容饅介質(zhì)劈燕，柵蔥氧化選層，魂橫向黑隔離猜，層可間隔襯離，懂鈍化金層3工藝脂流程集成敢電路斜的制泳造工得藝是釋由多桐種單密道工漸藝組顧合而嶄成的果，單扁道工站藝通酒常歸乳為以握下三稍類：（1）薄估膜制瓜備工籍藝：略包括蓮?fù)庋訌厣L巾、氧性化工體藝、肢薄膜陪淀積擾工藝墾，如例制造若金屬燥、絕龍緣層糟等。（2）圖基形轉(zhuǎn)抓移工霜藝：餃包括藝光刻花工藝漢和刻怒蝕工隊藝。（3）摻失雜工閉藝：國包括日擴散條工藝縮慧和離阻子注蓄入工遼藝。3工藝訓(xùn)流程以上雨工藝單重復(fù)謝、組室合使護(hù)用，粥就形碗成集化成電肯路的主完整時制造逢工藝伏。光刻道掩模漏版（ma賴sk）：隨版圖景完成棟后要逗交付抬給代僅工廠蝦，將陣版圖塌圖形西轉(zhuǎn)移雅到晶霜圓上惠，就逐需要膠經(jīng)過被一個輛重要壓的中憂間環(huán)純節(jié)——制版類，即貼制造倒一套倘分層臘的光緒刻掩眉膜版羽。3工藝院流程制版——光刻蝕掩膜營版就宜是講訪電路菌版圖錯的各扛個層擱分別直轉(zhuǎn)移摟到一況種涂養(yǎng)有感兔光材愁料的執(zhí)優(yōu)質(zhì)蛇玻璃腰上，半為將宜來再布轉(zhuǎn)移軟到晶掀圓做擺準(zhǔn)備柔，這緞就是搬制版獎。每層釘版圖甲都有撐相對蛙應(yīng)的李掩膜屢版，揚并對蒜應(yīng)于訓(xùn)不同充的工掉藝。4常用水工藝壁之一昆：外暢延生豬長半導(dǎo)桶體器恐件通蟲常不囑是直本接做準(zhǔn)在襯膛底上概的，扇而是印先在抹沉底鏈上生災(zāi)長一抱層外盆延層恰，然只后將誓器件踢做在漆外延宴層上此。外秒延層蹤蝶可以哨與沉棋底同體一種稻材料蛇，也似可以瘡不同現(xiàn)。在雙否極型爭集成鉗電路兔中：挽可以線解決眾原件營間的脆隔離腸；減躺小集劈燕電極樓串聯(lián)墳電阻愿。在CM諷OS集成蝦電路譜中：狐可以胳有效韻避免寶閂鎖略效應(yīng)貞。5常用漁工藝結(jié)之二輩：光警刻目的形：按幸照集械成電睡路的建設(shè)計雷要求粗，在Si俱O2或金略屬層解上面它刻蝕黃出與瓜光刻鍛掩膜聲版完綱全相傅對應(yīng)命的幾木何圖謊形，招以實黃現(xiàn)選烏擇性踩擴散滲或金延屬布濕線的雜目的涌。5常用仆工藝信之二支：光京刻主要緩步驟（1）在惱晶圓刺上涂段一層救光刻塌膠，默并將總掩膜送版放摸在其圖上。（2）曝極光。燦正膠碼感光園部分脆易溶賠解，湖負(fù)膠維則相察反。（3）顯頭影、升刻蝕券。（4）去技除光疏刻膠塵埃紀(jì)粒子搜影響利：潔陷凈室接觸站式和往接近矩式曝員光掩膜圖形睡轉(zhuǎn)移圖形命轉(zhuǎn)移5常用臥工藝朵之二號：光溝刻集成夏電路蟻中每院一層節(jié)的制康備都比需要錯涂一果層光學(xué)刻膠泡，都哥需要膊一層術(shù)掩膜批版，線也需江要曝劉光、駁顯影宏以及販刻蝕懂。一個穩(wěn)芯片形制造殼可能補需要20或30個這曬樣的黃材料雄層。多晶摩硅的魚刻蝕疏：預(yù)抗刻蝕惑、主哄刻蝕福、過絮刻蝕6常用慕工藝茂之三箭：刻繪蝕光刻厲：將帥圖形朝轉(zhuǎn)移集到覆瓜蓋在含半導(dǎo)您體硅依片表桃面的嘗光刻梁膠刻蝕溫：將廈圖形旦轉(zhuǎn)移訂到光帖刻膠榴下面檢組成釋器件書的各吳層薄州膜上濕法某刻蝕掠：掩穗膜層境下有楊橫向贊鉆蝕干法勵刻蝕違：等索離子稼體輔許助刻嘆蝕，塌是利撈用低馳壓放粒電等氏離子晶體技抗術(shù)的盜刻蝕摘方法6常用課工藝測之三肯：刻著蝕6常用需工藝誼之三叛：刻毒蝕6常用防工藝終之三想：刻鐮蝕各向前異性惕腐蝕頁（決濕法搭刻蝕肯）各向幣同性肢腐蝕竹：例僑如在喂鋁線閣的刻攀蝕過他程中育，加籍入含絕碳的浩氣體鬧，以標(biāo)形成槐側(cè)壁引鈍化翁，這駛樣可由以獲卸得各匆向異場性刻店蝕效炸果6常用豬工藝濾之三雄：刻赴蝕7常用尸工藝會之四出：摻位雜作用貍：形梨成PN結(jié)，能形成共電阻和，形籌成歐徒姆接茂觸，反形成捏雙極炕晶體擴管的船基區(qū)材、發(fā)芝射區(qū)池、集慰電區(qū)扮或MO扭S管的奸源和練漏。主要膊的摻洞雜工比藝：蹄擴散隱和離穴子注脊入擴散團(tuán)：根惑據(jù)擴況散的歲原理薯，使錄雜質(zhì)壞從高休濃度欣處向央低濃督度處揉擴散黃。兩仆個要罰素：栗高溫暴和濃陷度梯交度。7常用晶工藝旋之四稠：摻成雜離子譯注入讓：與干擴散乞比，趨離子子注入帽技術(shù)撐具有正加工靠溫度可低、暮大面腦積注她入雜蠻質(zhì)仍睜能保暖證均牧勻、槽摻雜斜種類滲廣泛沖等優(yōu)針點。原理執(zhí)：用填一臺脅離子阿加速月器加器速雜替質(zhì)粒束子向米前運蓮動，詳轟擊粱硅晶培圓表鮮面，蜓最后舍雜質(zhì)追粒子喪能量克損失部后，繞滲入蘇到晶避圓內(nèi)臥部停家留下賓來形噴成。漏源秀自對恰準(zhǔn)：濱離子串注入吸可以椒使用脆光刻挑好的駐薄膜典材料咱作為擇掩膜峰來形皆成對啟準(zhǔn)方鋼法。擴散焦和離習(xí)子注旁入的屈對比離子忍注入注入光損傷注入茫損傷闊：帶領(lǐng)有能坡量的阻離子侮進(jìn)入盟半導(dǎo)芳體襯經(jīng)底，脖經(jīng)過涉碰撞悅和損索失能博量，蠢最后租停留伴下來門。電子跟碰撞長：電社子激題發(fā)或險新的悉電子墊空穴獎對產(chǎn)繡生原子紋核碰笑撞：星使原刻子碰從撞，村離開嫩晶格團(tuán)，形柱成損庸傷，椒也稱飲晶格部無序晶格漠無序退火由于宜離子集注入捆所造遭成的象損傷泄區(qū)及寸無序魯團(tuán)，禿使遷遠(yuǎn)移率機和壽鹿命等蕉半導(dǎo)獸體參探數(shù)受墳到嚴(yán)監(jiān)重影壤響。大部周分的是離子廚并不飲位于慕替位維位置為了謹(jǐn)激活幟注入支的離賊子，栗并回效復(fù)遷淋移率星和其鉛他材城料的南參數(shù)突，必抬須在熟適當(dāng)承的時膽間與常溫度岔下將葉半導(dǎo)蜜體退饅火。8常用永工藝亦之五況：薄糖膜制呀備目的瓶：通腐過物咐理或紹化學(xué)刑方式摔在硅喇晶圓川上淀之積材虧料層押，來轟滿足姜集成汽電路潤設(shè)計霸的需格要，備如金轟屬、跟多晶悉硅及艱磷化塘玻璃團(tuán)等。常用走方法悲：氧郊化、嬸物理堆氣相境淀積傳和化甜學(xué)氣傻相淀潮積8常用洲工藝櫻之五騎：薄努膜制琴備四種膠薄膜敘：氧儉化膜蓮；電離介質(zhì)墓膜；郊多晶夸硅膜查；金術(shù)屬膜8常用凡工藝紙之五手：薄侄膜制鞏備（1）氧舊化Si君O2的作午用屏蔽誦雜質(zhì)伙、柵宵氧化設(shè)層、強介質(zhì)舌隔離扇、器橫件保博護(hù)和聰表面?zhèn)蜮g化Si俘O2的制像備需要嶺高純避度，賽目前找最常喝用的本方法職是熱芬氧化摧法。托主要椅分為不干氧地氧化原、水詳汽氧戲化和績濕氧澇氧化圈三種撒。氮化睡硅的弓制備主要購用作滴：金屑屬上單下層瘦的絕判緣層致、場火氧的享屏蔽冒層、息芯片傅表面祥的鈍挪化層蹦。8常用斬工藝網(wǎng)之五隸：薄疏膜制承備生產(chǎn)Si摸O28常用媽工藝瓦之五蒼：薄枝膜制臺備氧化拼質(zhì)量物理些氣相化淀積（2）物唱理氣爹相淀領(lǐng)積利用照某種錯物理老過程抹，例略如蒸詠發(fā)或信濺射鳴，來霧實現(xiàn)軍物質(zhì)確的轉(zhuǎn)適移，撓即把細(xì)材料褲的原心子由派源轉(zhuǎn)散移到述襯底剛表面紛，從映而實槐現(xiàn)淀嫌積形桌成薄傳膜。金屬開的淀圍積通帳常是盞物理們的。兩種故方法昌：真搬空蒸吉發(fā)；舟濺射物理找氣相字淀積物理鉗氣相棍淀積標(biāo)準(zhǔn)復(fù)（離促子束晌）濺館射：惕離子王束被么加速嘉，撞享擊靶漸材表尚面長程橡濺射直：用項于控范制角詞度分雕布校直內(nèi)濺射軟：用免于填始充高耳寬比昏較大盡的接領(lǐng)觸孔圾，防種止空乒洞底錫部還剃沒有鄭完全融填充景，其稼上部平開口捉就被秋封閉仔起來雅。化學(xué)壓氣相篇淀積（3）化烈學(xué)氣攏相淀擊積化學(xué)鋪汽相若淀積金是指讀通過紡氣態(tài)眨物質(zhì)塵的化原學(xué)反結(jié)應(yīng)，枕在襯此底上獻(xiàn)淀積柱一層薄膜旨材料的過敞程。CV每D膜的把結(jié)構(gòu)云可以喇是單胖晶、況多晶怖或非墓晶態(tài)福，淀剩積單序晶硅扒薄膜曾的CV軍D過程墨通常攏被稱茶為外訊延?；瘜W(xué)扮氣相俘淀積CV枝D技術(shù)民具有姥淀積奇溫度慚低、不薄膜六成分考和厚逼度易捕于控態(tài)制、域均勻飼性和莊重復(fù)慈性好忘、臺與階覆妄蓋優(yōu)稼良、睡適用晃范圍斤廣、辯設(shè)備吸簡單色等一叨系列稈優(yōu)點營。利枕用CV棒D方法帽幾乎倒可以絮淀積自集成自電路慌工藝上中所屆需要錄的各問種薄當(dāng)膜，攤例如剪摻雜頌或不汽摻雜微的si娛o2、多返晶硅艱、非慨晶硅帖、氮蒸化硅毯、金元屬(鎢、瓦鉬)等。作用喚：外土延層芽，二究氧化販硅膜旅，多鄰晶硅糞膜，猶氮化吐硅膜化學(xué)舍氣相虧淀積CV姿D生長鴨的二抽氧化燒硅：域用作藍(lán)金屬境間的攪絕緣另層，潤用于明離子建注入楚和擴上散的怨掩蔽腥層，光也可飄用于襪增加勁熱氧源化生蜜長的譜場氧樓化層癥的厚纖度熱生究長的菊二氧輕化硅厭：具堪有最顧佳的紋電學(xué)脾特性斜?？沙ㄓ糜谄战饘傩蹖又块g的陪絕緣寨體，足又可節(jié)用作床器件沒上面虹的鈍變化層主要彼內(nèi)容3.翁1半導(dǎo)岔體基丑礎(chǔ)知撥識3.條2工藝單流程3.塘3工藝預(yù)集成3.椒3工藝叫集成1制作棟流程2無源錘器件3雙極弄集成添電路帶制造眠流程CM慚OS工藝1制作踏流程1制作鴨流程2無源流器件1、電捐阻（1）淀林積：琴淀積斤電阻脖層，鞭然后菠光刻迎刻蝕（2）擴眨散或堅離子榆注入添：在不硅襯箭底上騎熱生業(yè)長的載氧化屯層上洋開出牛一個班窗口秧，注逮入或孤擴散化與襯箭底類貌型相丙反的縮慧雜質(zhì)役。電阻電阻電阻喬值計鍋算，xj為結(jié)涉深當(dāng)W=疊L時，G=稼g1/烘g用R■表示盞，稱枝為方按塊電輩