电子元器件制造技术

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1、第二章元器件制造技术可靠性与系统工程学院付桂翠fuguicui@buaa.edu.cn2012年09月27日本章内容提要半导体集成电路芯片制造技术1混合集成电路工艺2半导体集成电路芯片制造技术发展里程碑1基本工艺2器件工艺3芯片加工中的缺陷和成品率预测4发展里程碑1954年，Bell实验室开发出氧化、光掩膜、刻蚀和扩散工艺；1958年后期，仙童公司的物理学家JeanHoerni开发出一种在硅上制造PN结的结构，并在结上覆盖了一层薄的硅氧化层作绝缘层，在硅二极管上蚀刻小孔用于连接PN结；SpragueElectric的物理学家KurtLehovec开发出使用PN结隔

2、离元件的技术；1959年，仙童公司的RobertNoyce通过在电路上方蒸镀薄金属层连接电路元件来制造集成电路；1960年Bell实验室开发出外延沉积/注入技术，即将材料的单晶层沉积/注入到晶体衬底上；发展里程碑1963，RCA制造出第一片由MOS（MetalOxideSemiconductor，金属氧化物半导体）工艺制造的集成电路；1963，仙童公司的FrankWanlass提出并发表了互补型MOS集成电路的概念。CMOS是应用最广泛的、高密度集成电路的基础。历史回顾v摩尔定律1965年，仙童半导体的研发主管摩尔(GordonMoore)指出：微处理器芯片的电路

3、密度，以及它潜在的计算能力，每隔一年翻番。后来，这一表述又修正为每18个月翻番。这也就是后来闻名于IT界的“摩尔定律”。戈登.摩尔集成电路现状v芯片特征尺寸v晶片尺寸450mm(18英寸)(预计2012年面世)、300mm(12英寸,2002)、200mm(8英寸,1990)IntelCPU芯片特征尺寸Intel45nm晶片集成电路的基本工艺以圆形的硅片为基础，在初始硅片上经过氧化、掺杂、薄膜淀积、光刻、蚀刻等步骤的单独使用或组合重复使用，制作出器件，再通过电极制备、多层布线实现各器件间的互连，实现一定的功能，最后再经过封装测试成为成品；前工艺:芯片制造；后工艺:

4、组装、测试。双极型晶体管制作工艺(a)一次氧化(b)光刻基区(c)基区硼扩散、氧化(d)光刻发射区(e)发射区磷扩散、氧化(f)光刻引线孔(g)蒸镀铝膜(h)刻蚀铝电极硅片制备多晶硅生产、单晶生长、硅圆片制造原料：石英石粗硅四氯化硅高温炭还原氯化多晶硅高温氯还原单晶硅直拉法区熔法硅片切割磨片硅片制备直拉法生长单晶首先将预处理好的多晶硅装入炉内石英坩埚中，抽真空或通入惰性气体；拉晶时，籽晶杆以一定速度绕轴旋转，同时坩埚反方向旋转，坩埚由高频感应或电阻加热，其中的多晶硅料全部熔化；将籽晶下降至与熔融的多晶硅接触，熔融的多晶硅会沿籽晶结晶，并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状

5、单晶。硅片制备3、切片-清洗1、单晶生长2、单晶切割分段--滚磨外圆-定位面研磨4、磨片-清洗5、抛光-清洗6最终晶片制膜膜的类型二氧化硅膜外延层金属膜薄膜的制备技术热氧化法物理气相沉积PVD蒸镀、溅射化学气相淀积CVD淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、设备简单氧化层生长二氧化硅的特性化学稳定性高、绝缘、对某些杂质能起到掩蔽作用(杂质在其中的扩散系数非常小)；氧化层的作用器件的保护层、钝化层、电性能隔离、绝缘介质层和电容器的介质膜，实现选择性的扩散；生长方法热氧化法等离子氧化法热分解沉积法溅射法真空蒸镀法氧化层生长热氧化法干氧氧化：以干燥纯净的

6、氧气作为氧化气氛，在高温下氧直接与硅反应生成二氧化硅；水汽氧化：以高纯水蒸汽为氧化气氛，由硅片表面的硅原子和水分子反应生成二氧化硅层(厚度一般在10-8~10-6)。水汽氧化的氧化速率比干氧氧化的高；湿氧氧化法：实质上是干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之间。氧化层生长氧化层缺陷裂纹引起金属连线与硅片短路，或多层连线间短路；针孔产生原因：光刻版上的小孔或小岛，光刻胶中杂质微粒，硅片上沾附的灰尘，胶膜上有气泡或氧化层质量较差等；造成的后果：使氧化层不连续，破坏了二氧化硅的绝缘作用，针裂纹和针孔可使扩散掩埋失效，形成短路，连线或铝电极下的二氧化硅有针孔会引起短

7、路。厚薄不均匀产生原因：氧化层划伤；造成后果：会降低耐压，使击穿电压降低或丧失对杂质扩散的掩蔽能力，或者金属与硅之间短路而使器件失效；氧化层电荷外延生长在单晶衬底上制备一层新的单晶层的技术;层中杂质浓度可以极为方便的通过控制反应气流中的杂质含量加以调节，不受衬底中杂质种类与掺杂水平的影响;作用：双极型集成电路：为了将衬底和器件区域隔离(电绝缘)，在P型衬底上外延生长N型单晶硅层；MOS集成电路：减少了粒子软误差和CMOS电路中的闩锁效应等；生长方法：气相外延技术利用硅的气态化合物，如四氯化硅或(SiCl4)硅烷(SiH4)，在加热的衬底表面与氢气发生反应或自身发生

8、热分解反应