半導(dǎo)體工藝技術(shù)分析

半導(dǎo)體制造工藝微電子教研室可以說，中央處理器(CPU)是現(xiàn)代社會飛速運轉(zhuǎn)的動力源泉，在任何電子設(shè)備上都可以找到微芯片的身影。簡單地說，處理器的制造過程可以大致分為沙子原料(石英)、硅錠、晶圓、光刻(平版印刷)、蝕刻、離子注入、金屬沉積、金屬層、互連、晶圓測試與切割、核心封裝、等級測試、包裝上市等諸多步驟，而且每一步里邊又包含更多細(xì)致的過程。緒——從沙子到CPU半導(dǎo)體相關(guān)知識本征材料：純硅9-10個9250000Ω.cmN型硅：摻入V族元素--磷P、砷As、銻SbP型硅：摻入III族元素—鎵Ga、硼B(yǎng)PN結(jié)：NP------+++++集成電路雙極型集成電路MOS集成電路按器件類型分按集成度分SSI（100以下個等效門）MSI（<103個等效門）LSI（<104個等效門）VLSI（>104個以上等效門）TTL、ECLI2L等PMOSNMOSCMOS集成度、工作頻率、電源電壓、特征尺寸、硅片直徑按信號類型分模擬集成電路數(shù)字集成電路BiCMOS集成電路數(shù)?；旌霞呻娐钒雽?dǎo)體制造工藝分類PMOS型雙極型MOS型CMOS型NMOS型BiMOS飽和型非飽和型TTLI2LECL/CML1.二極管（PN結(jié)）正方向反方向VI電路符號：+-有電流流過沒有電流流過對于硅二極管，正方向的電位差與流過的電流大小無關(guān)，始終保持0.6V-0.7V雙極集成電路的基本元素P-SiN-Si+-1.二極管（PN結(jié)）雙極集成電路的基本元素np2.雙極型晶體管雙極集成電路的基本元素pnpB端E端C端ECBnpnB端E端C端CBENPNBECPNPBECCBENPNBEC?BECnpN+BEC典型的PN結(jié)隔離的摻金TTL電路工藝流程一次氧化襯底制備隱埋層擴散外延淀積熱氧化隔離光刻隔離擴散再氧化基區(qū)擴散再分布及氧化發(fā)射區(qū)光刻背面摻金發(fā)射區(qū)擴散反刻鋁接觸孔光刻鋁淀積隱埋層光刻基區(qū)光刻再分布及氧化鋁合金淀積鈍化層中測壓焊塊光刻典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程1:襯底選擇

確定襯底材料類型CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLP型硅(p-Si)

確定襯底材料電阻率ρ≈10Ω.cm

確定襯底材料晶向（111）偏離2~50典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程2:第一次光刻----N+隱埋層擴散孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL

P-Si襯底N+隱埋層具體步驟如下：1．生長二氧化硅（濕法氧化）：Si(固體)+2H2OSiO2（固體）+2H2

Si-襯底

SiO22．隱埋層光刻：涂膠腌膜對準(zhǔn)曝光光源顯影As摻雜（離子注入）刻蝕（等離子體刻蝕）去膠N+去除氧化膜3．N+摻雜：N+P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepiP-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepi典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程3:外延層主要設(shè)計參數(shù)

外延層的電阻率ρ;

外延層的厚度Tepi;AA’Tepi>xjc+xmc+TBL-up+tepi-ox后道工序生成氧化層消耗的外延厚度基區(qū)擴散結(jié)深TBL-uptepi-oxxmcxjc集電結(jié)耗盡區(qū)寬度隱埋層上推距離TTL電路：3～7μm模擬電路：7～17μm典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程4:第二次光刻----P隔離擴散孔光刻P-SiTepiCBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BLTepi典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程5:第三次光刻----P型基區(qū)擴散孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程6:第四次光刻----N+發(fā)射區(qū)擴散孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程7:第五次光刻----引線孔光刻CBEpn+n-epin+P-SiP+P+Sn+-BL典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程8:鋁淀積典型PN結(jié)隔離雙極集成電路中元件的形成過程9:第六次光刻----反刻鋁雙極集成電路元件斷面圖BECpn+n-epin+P+P+SP-Sin+-BLBECSAA’P+隔離擴散P基區(qū)擴散N+擴散接觸孔鋁線隱埋層ECBsiliconsubstratesourcedraingateoxideoxidetopnitridemetalconnectiontosourcemetalconnectiontogatemetalconnectiontodrainpolysilicongatedopedsiliconfieldoxidegateoxideMOS晶體管的立體結(jié)構(gòu)在硅襯底上制作MOS晶體管siliconsubstratesiliconsubstrateoxidefieldoxidesiliconsubstrateoxidephotoresistShadowonphotoresistphotoresistExposedareaofphotoresistChromeplatedglassmaskUltravioletLightsiliconsubstrateoxide非感光區(qū)域siliconsubstrate感光區(qū)域oxidephotoresistShadowonphotoresistsiliconsubstrateoxidephotoresistphotoresist顯影siliconsubstrateoxideoxidesiliconsubstratephotoresist腐蝕siliconsubstrateoxideoxidesiliconsubstratefieldoxide去膠siliconsubstrateoxideoxidegateoxidethinoxidelayersiliconsubstrateoxideoxidepolysilicongateoxidesiliconsubstrateoxideoxidegategateultra-thingateoxidepolysilicongatesiliconsubstrateoxideoxidegategatephotoresistScanningdirectionofionbeamimplantedionsinactiveregionoftransistorsImplantedionsinphotoresisttoberemovedduringresiststrip.sourcedrainionbeamsiliconsubstrateoxideoxidegategatesourcedraindopedsilicon自對準(zhǔn)工藝在有源區(qū)上覆蓋一層薄氧化層淀積多晶硅，用多晶硅柵極版圖刻蝕多晶硅以多晶硅柵極圖形為掩膜板，刻蝕氧化膜離子注入siliconsubstratesourcedraingatesiliconsubstrategatecontactholesdrainsourcesiliconsubstrategatecontactholesdrainsource完整的簡單MOS晶體管結(jié)構(gòu)siliconsubstratesourcedraingateoxideoxidetopn