芯片制造概述ppt课件.ppt

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1、芯片制造概述集成电路晶圆生产是在晶圆表面上和表面内制造出半导体器件的一系列生产过程。整个制造过程从硅单晶抛光片开始，到晶圆上包含了数以百计的集成电路芯片。芯片制造过程工艺流程由氧化、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次芯片具体工艺步骤制膜：制作各种材料的薄膜。如SiO2、互连线氧化工艺：干氧氧化、湿氧氧化等淀积工艺：CVD（APCVD、LPCVD、PECVD)PVD（蒸发、溅射）掺杂：改变材料的电阻率或杂质类型扩散工艺、离子注入、退火图形转换：将掩膜

2、版上的图形转移到半导体单晶片上光刻工艺：接触光刻、接近光刻、投影光刻刻蚀：湿法刻蚀、干法刻蚀热氧化工艺热氧化：热氧化生成SiO2薄膜是将硅片放入高温（850～1200℃）的氧化炉内，然后通入氧气，在氧化环境中使硅表面发生氧化，生成SiO2薄膜。热氧化工艺示意图垂直插在石英舟上的硅片热氧化工艺根据氧化环境的不同，又可把热氧化分为干氧法和湿氧法两种。干氧法：如果氧化环境是纯氧气，这种生成SiO2薄膜的方法就称为干氧法。机理：氧气与硅表面的硅原子在高温下以Si+O2=SiO2式反应，生成SiO2薄膜。优

3、点：SiO2薄膜结构致密，排列均匀，重复性好，不仅掩蔽能力强，钝化效果好，而且在光刻时与光刻胶接触良好，不宜浮胶。缺点：生长速度太慢。热氧化工艺湿氧法：使用H2、O2点火合成的方法。H2和O2的比例小于2，则氧化环境就是氧气加水汽，这种生成SiO2薄膜的方法就是湿氧法。机理：湿氧法由于氧化环境中有水汽存在，所以氧化过程不仅有氧气对硅的氧化作用，还有水汽对硅的氧化作用，即Si+O2=SiO2Si+2H2O=SiO2+2H2↑特点：速度快、质量差热氧化工艺实际生产热氧化工艺：—干氧氧化+湿氧氧化+干氧

4、氧化5分钟+（视厚度而定）+5分钟—常规三步热氧化模式既保证了SiO2表面和界面的质量，又解决了生长速率问题。氧化膜性质理想的电绝缘材料化学性质非常稳定室温下只与氢氟酸发生化学反应能很好地附在大多材料上可生长或淀积在硅圆片上化学气相淀积(CVD)指使一种或数种化学气体以某种方式激活后在衬底表面发生化学反应，从而在衬底表面生成所需的固体薄膜。化学气相淀积法生成SiO2薄膜，主要是用硅烷与氧按SiH4+2O2→SiO2↓+2H2O反应，生成SiO2薄膜。二氧化硅的化学气相淀积：可以作为金属化时的介质层

5、，而且还可以作为离子注入或扩散的掩蔽膜，甚至还可以将掺磷、硼或砷的氧化物用作扩散源低温CVD氧化层：低于500℃中等温度淀积：500～800℃高温淀积：900℃左右化学气相淀积(CVD)CVD技术特点：具有淀积温度低、薄膜成分和厚度易于控制、均匀性和重复性好、台阶覆盖优良、适用范围广、设备简单等一系列优点。CVD方法几乎可以淀积集成电路工艺中所需要的各种薄膜，例如掺杂或不掺杂的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金属(钨、钼)等。化学气相淀积的种类常压化学气相沉积（APCVD）低压化学气相沉积（LP

6、CVD）等离子体化学气相沉积（PECVD)物理气相淀积(PVD)利用物理过程实现物质转移，原子或分子由源转移到衬底表面，淀积成薄膜。作用—金属：Al连线—其他薄膜：包括化合物薄膜方法—蒸发—溅射物理气相淀积(PVD)蒸发：在真空系统中，通过被蒸镀物体加热，利用被蒸镀物在高温（接近其熔点）时的饱和蒸气压，来进行薄膜沉积的。按照能量来源的不同，有灯丝加热蒸发和电子束蒸发两种。溅射：利用等离子体中的离子Ar在一定电场、压力的作用下，辉光放电，离化的Ar离子在电场的作用下，获得能量对被溅镀物体电极（即：靶

7、材）轰击，使靶原子脱离靶材运动到圆片表面沉积成膜。掺杂工艺集成电路生产过程中要对半导体基片的一定区域掺入一定浓度的杂质元素（五价磷或三价硼），形成不同类型的半导体层，来制作各种器件，这就是掺杂工艺。掺杂工艺主要有两种：扩散和离子注入。扩散工艺在热运动的作用下，物质的微粒都有一种从浓度高的地方向浓度低的地方运动的趋势，这就是扩散。替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位置：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层

8、作为杂质扩散的掩蔽层间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级扩散工艺常用扩散方法液态源扩散：使保护气体（如氮气、氩气）通过含有杂质元素的液态源，携带杂质蒸气进入高温扩散炉内的石英管中，杂质蒸气经高温热分解并与硅片表面的硅原子反应，生成杂质原子，然后以杂质原子的形式向硅片内扩散。片状源扩散：将含有杂质元素的固态扩散源作成片状，并将它与硅片间隔放置在扩散炉内进行扩散。生产中掺硼扩散时常采用的氮化硼（NB）扩散就属于片状源扩