微电子概论半导体工艺课件.ppt

《微电子概论半导体工艺课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体器件工艺（半导体工艺部分）哈尔滨工程大学信息与通信工程学院集成电路的制造需要非常复杂的技术，它主要由半导体物理与器件专业负责研究。VLSI设计者可以不去深入研究，但是作为从事系统设计的工程师，有必要了解芯片设计中的工艺基础知识，才能根据工艺技术的特点优化电路设计方案。对于电路和系统设计者来说，更多关注的是工艺制造的能力，而不是工艺的具体实施过程。由于SOC的出现，给IC设计者提出了更高的要求，也面临着新的挑战：设计者不仅要懂系统、电路，也要懂工艺、制造。1.学习工艺的必要性绪论2.集成电路设计与制造的主要流程框架

2、设计芯片检测单晶、外延材料掩膜版芯片制造过程封装测试系统需求—制造业—3.芯片制造过程由氧化、淀积、离子注入或蒸发形成新的薄膜或膜层曝光刻蚀硅片测试和封装用掩膜版重复20-30次集成电路芯片的显微照片集成电路的内部单元(俯视图)沟道长度为0.15微米的晶体管栅长为90纳米的栅图形照片50m100m头发丝粗细30m1m1m(晶体管的大小)30~50m(皮肤细胞的大小)90年代生产的集成电路中晶体管大小与人类头发丝粗细、皮肤细胞大小的比较N沟道MOS晶体管CMOS集成电路(互补型MOS集成电路)：目前应用最为

3、广泛的一种集成电路，约占集成电路总数的95%以上。集成电路制造工艺图形转换：将设计在掩膜版(类似于照相底片)上的图形转移到半导体单晶片上掺杂：根据设计的需要，将各种杂质掺杂在需要的位置上，形成晶体管、接触等制膜：制作各种材料的薄膜第一章、晶体的生长和外延我们将介绍最常用的生长半导体单晶（最重要的是硅和砷化镓）的工艺。一种与晶体生长密切相关的技术叫“外延生长”，当外延层和衬底材料相同时，就称为“同质外延”1.硅的基本性能导电性能掺杂浓度越高，电阻率越低。10-3~1010cm加入不同杂质导致不同的导电类型。N型，P型物

4、理性能硬度8.5107g/cm2，熔点1420C，E=190GPa，=2.3g/cm3化学性质IV族，易与金属形成合金，易被碱性溶液腐蚀，主要以氧化物形式存在。晶体性能三种主要晶向：[100]、[110]、[111]2.硅片的制备原料：石英砂（SiO2）在电弧炉中冶炼冶金级硅，纯度99%用C或Al还原含C、Fe、Al、Ti、B、P等杂质化学提纯为半导体级多晶硅三氯氢硅法和硅烷法熔融拉片，形成单晶硅制片：切片，磨片，抛光，清洗3.硅圆片工艺晶片:只含有极少“缺陷”的单晶硅体。“切克劳斯基法”生长单晶硅“切克劳斯基法

5、”:将一块称为籽晶的单晶硅浸入熔融硅中，然后在旋转籽晶的同时缓慢地把其从熔融硅中拉起。结果，就形成圆柱形的大单晶棒。生长时，可在熔融硅中掺入杂质来获得期望的电阻率。直拉单晶硅SiliconIngots(400mm)大单晶棒能切成薄的圆片（wafer）在大多数CMOS技术中，圆片的电阻率为0.05到0.1Ω•cm，厚度约为500到1000微米。chip4.硅片直径变大的好处5、外延工艺1）外延工艺概述定义:外延(epitaxy)是在单晶衬底上生长一层单晶膜的技术。新生单晶层按衬底晶相延伸生长，并称此为外延层。长了外延层的

6、衬底称为外延片。图1－1Si表面原子分辨图象显示出平台是由Si的二聚物行列组成，这些二聚物行列每生长一层则改变其取向。2）CVD:ChemicalVaporDeposition(化学汽相淀积）*晶体结构良好*掺入的杂质浓度易控制*可形成接近突变p—n结*外延分类:气相外延(VPE)－－常用液相外延(LPE)－－ⅢⅤ固相外延(SPE)－－熔融再结晶分子束外延(MBE)－－超薄化学气相淀积(CVD)－低温,多（非）晶材料异同◆同质结Si-Si◆异质结GaAs--AlxGa(1-x)As,Ge-SiGe-Si温度：外延高温

7、1000℃以上CVD低温1000℃以下3）硅气相外延工艺外延原理氢还原反应硅烷热分解第二章、薄膜淀积器件制造过程中还需要在晶片上淀积许多不同材料，如多晶硅、互连层之间的绝缘材料以及互连金属层。薄膜的淀积方法：1）热氧化；2）介质淀积；3）多晶硅淀积；4）金属化。工艺上主要应用3种工艺；1）氧化工艺；2）化学汽相淀积；3）物理汽相淀积。下面我们分别讨论1、氧化工艺（Oxidation）－在硅片表面生成一层二氧化硅膜集成电路的基础工艺技术是平面技术，首先将硅表面氧化，然后根据各元器件图形在二氧化硅膜上开设窗口，通过该窗口进

8、行定域操作。多次实施这种平面工艺，在硅片表面形成各种平面的元器件以及互连。这种技术之所以能实施的关键在于：能比较容易地获得适应这些工艺的优质的二氧化硅膜，即可以在硅表面生成非常均匀的氧化层而几乎不在晶格中产生应力。氧化膜的用途光刻掩蔽膜(选择扩散的掩蔽层，离子注入的阻挡层)MOS管的绝缘栅材料（gateoxide)，高质量要求电路