2.1 集成電路材料

1第二章IC制造材料結(jié)構(gòu)與理論2.1集成電路材料

2.2半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2.3PN結(jié)與結(jié)型二極管2.4雙極型晶體管2.5MOS晶體管2材料按導(dǎo)電性能可以分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三類。表2.1集成電路制造所應(yīng)用到的材料分類2.1集成電路材料3半導(dǎo)體材料在集成電路的制造中起著根本性的作用

1.摻入雜質(zhì)可改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率2.熱敏效應(yīng)：當(dāng)半導(dǎo)體受到外界熱的刺激時(shí)，其導(dǎo)電能力將發(fā)生顯著變化。

3.光電效應(yīng)：光照也可以改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率硅，砷化鎵和磷化銦是最基本的三種半導(dǎo)體材料42.1.1硅(Si)基于硅的多種工藝技術(shù)：雙極型晶體管（BJT）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（J-FET）P型、N型MOS場(chǎng)效應(yīng)管雙極CMOS（BiCMOS）價(jià)格低廉，占領(lǐng)了90％的IC市場(chǎng)52.1.2砷化鎵(GaAs)能工作在超高速超高頻，其原因在于這些材料具有更高的載流子遷移率，和近乎半絕緣的電阻率GaAs的優(yōu)點(diǎn):fT可達(dá)150GHz/可制作發(fā)光器件/工作在更高的溫度/更好的抗輻射性能GaAs工藝的三種有源器件:MESFET,HEMT和HBT62.1.3磷化銦(InP)能工作在超高速超高頻三種有源器件:MESFET,HEMT和HBT廣泛應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍覆蓋了玻璃光纖的最小色散（1.3um）和最小衰減（1.55um）的兩個(gè)窗口72.1.4絕緣材料SiO2、SiON和Si3N4是IC系統(tǒng)中常用的幾種絕緣材料功能包括：充當(dāng)離子注入及熱擴(kuò)散的掩膜器件表面的鈍化層電隔離82.1.5金屬材料金屬材料有三個(gè)功能：1.形成器件本身的接觸線

2.形成器件間的互連線3.形成焊盤9半導(dǎo)體表面制作了金屬層后，根據(jù)金屬的種類及半導(dǎo)體摻雜濃度的不同，可形成

肖特基型接觸或歐姆接觸如果摻雜濃度較低，金屬和半導(dǎo)體結(jié)合面形成肖特基型接觸，構(gòu)成肖特基二極管。如果摻雜濃度足夠高，以致于隧道效應(yīng)可以抵消勢(shì)壘的影響，那么就形成了歐姆接觸(雙向低歐姆電阻值)。器件互連材料包括

金屬，合金，多晶硅，金屬硅化物10在Si基VLSI技術(shù)中，由于Al幾乎可滿足金屬連接的所有要求，被廣泛用于制作歐姆接觸及導(dǎo)線。在純金屬不能滿足一些重要的電學(xué)參數(shù)、達(dá)不到可靠度的情況下，IC金屬化工藝中采用合金。因?yàn)殂~的電阻率比鋁的電阻率低,以銅代鋁成為了半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)?；诮鸬慕饘倩に嚭桶虢^緣襯底及多層布線系統(tǒng)的組合有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即芯片上傳輸線和電感有更高的Q值。11兩層與多層金屬布線IC系統(tǒng)至少采用兩層金屬布線。第一層金屬主要用于器件各個(gè)極的接觸點(diǎn)及器件間的部分連線，這層金屬通常較薄，較窄，間距較小。第二層主要用于器件間及器件與焊盤間的互聯(lián)，并形成傳輸線。寄生電容大部分由兩層金屬及其間的隔離層形成。多數(shù)IC工藝中使用3層以上的金屬。最上面一層通常用于供電及形成牢固的接地。其它較高的幾層用于提高密度及方便自動(dòng)化布線。122.1.6多晶硅多晶硅與單晶硅都是硅原子的集合體。多晶硅特性隨結(jié)晶度與雜質(zhì)原子而改變。非摻雜的多晶硅薄層實(shí)質(zhì)上是半絕緣的，電阻率為300W·cm。通過不同雜質(zhì)的組合，多晶硅的電阻率可被控制在500—0.005W·cm。在MOS及雙極器件中，多晶硅用來制作柵極、形成歐姆接觸、基本連線、薄PN結(jié)的擴(kuò)散源、高值電阻等。13半導(dǎo)體材料系統(tǒng)是指不同質(zhì)（異質(zhì)）的幾種半導(dǎo)體(GaAs與AlGaAs,InP與InGaAs和Si與SiGe等)組成的層結(jié)構(gòu)。應(yīng)用:制作異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管HBT。制作高電子遷移率晶體管HEMT。制作高性能的LED及LD。2.1.7材料系統(tǒng)14半導(dǎo)體/絕緣體材料系統(tǒng)半導(dǎo)體/絕緣體材料系統(tǒng)是半導(dǎo)體與絕緣體相結(jié)合的材料系統(tǒng)。其典型代表