微电子工艺课程总结

1、 课程总结西安电子科技大学微电子学院戴显英2005.6.27微电子工艺基础微电子工艺基础n绪论（了解）n一、微电子技术发展历史二、微电子技术发展的规律与 趋势等比例缩小等比例缩小(Scaling-down)定律定律参数参数 CE(恒场恒场)律律 CV(恒压恒压)律律 QCE(准恒场准恒场)律律 器件尺寸器件尺寸L, W, tox等等 1/ 1/ 1/ 电源电压电源电压 1/ 1 / 掺杂浓度掺杂浓度 2 阈值电压阈值电压 1/ 1 / 电流电流 1/ 2/ 负载电容负载电容 1/ 1/ 1/ 电场强度电场强度 1 门延迟时间门延迟时间 1/ 1/ 2 1/ 功耗功耗 1/ 2 3/ 2 功耗密

2、度功耗密度 1 3 3 功耗延迟积功耗延迟积 1/ 3 1/ 2/ 3 栅电容栅电容 面积面积 1/ 2 1/ 2 1/ 2 集成密集成密度度 2 2 2 微电子技术的微电子技术的三个发展方向三个发展方向21世纪硅微电子技术的三个主要发展方向世纪硅微电子技术的三个主要发展方向特征尺寸继续等比例缩小特征尺寸继续等比例缩小集成电路集成电路(IC)将发展成为系统芯片将发展成为系统芯片(SOC)微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业和新的学科，例如和新的学科，例如MEMS、DNA芯片等芯片等微电子技术的三个发展方向微电子技术的三个发展方向三、器件与集成电路制造

3、工艺 简介1、硅外延平面晶体管制造工艺（了解） （3DK3 NPN型开关管）2、PN结隔离双极型集成电路制造工艺（了解）3、集成电路的特有工艺 （熟悉）隔离扩散埋层扩散第一章 衬底制备 1.1 衬底材料（了解）一、衬底材料的类型1. 元素半导体 Si、Ge、C（金刚石）2. 化合物半导体 GaAs、SiGe 、SiC 、GaN、ZnO 、HgCdTe3. 绝缘体 蓝宝石表1 周期表中用作半导体的元素n 族 族 族 族 族n第2周期BCNn第3周期AlSiPSn第4周期ZnGaGeAsSen第5周期CdInSnSbTen第6周期HgPb二、对衬底材料的要求（了解）二、对衬底材料的要求（了解）1.

4、2 单晶的制备（了解）n一、直拉法（CZ法）n二、悬浮区熔法（float-zone， FZ法）n三、水平区熔法（布里吉曼法） -GaAs单晶1.3 衬底制备一、晶体定向（了解）1光图像定向法（表1.11）2. X射线衍射法二、晶面标识（熟悉）1主参考面（主定位面，主标志面）作为选定芯片图形与晶体取向关系的参考；作为硅片（晶锭）机械加工定位的参考面；作为硅片装架的接触位置，可减少硅片损耗；2.次参考面（次定位面，次标志面） 识别晶向和导电类型三、晶片加工（了解）三、晶片加工（了解）n切片、磨片、抛光第二章 掺杂技术（熟悉、掌握）n1 扩散一、 扩散原理（熟悉）本质上：扩散是微观粒子做无规则热运动

5、的统计结果。方向上：高浓度向低浓度扩散。1.菲克第一定律 J=-DN2.扩散模型（掌握）间隙式扩散 替位（代位）式扩散3.扩散系数（熟悉） D=D0 exp(-Ea /kT)nD0表观扩散系数，Ea激活能； nD是描述粒子扩散快慢的物理量，是微观扩散的宏观描述。n3.菲克第二定律扩散方程（掌握）xNDtN22 二、扩散杂质的浓度分布1.恒定表面源扩散/恒定表面浓度扩散（掌握）n定义（特征）: 在扩散过程中，Si片表面的杂质浓度始终不变。 例如：预淀积，箱法扩散 余误差分布)Dt2x(erfcN)Dt2x(erf1N)t ,x(Nss n杂质总量n结深 DtN13. 1DtN2dx)Dt2x(e

6、rfcNdx)t ,x(NQss00s )NN(erfcDt2XsB1j 2.有限表面源扩散/恒定杂质总量扩散(掌握)n定义（特点）：在扩散过程中，杂质源限定于扩散前淀积在晶片表面极薄层内的杂质总量Q，没有补充，也不会减少。n例如：再分布。n 高斯分布n结深)Dt4xexp(N)Dt4xexp(DtQ)x(N2s2 2/1BSj)NN(lnDt2x 3两步扩散工艺(熟悉）n第一步：较低温度下，预淀积；n第二步：较高温度下，再分布；n两步法的浓度分布：预淀积（恒定源扩散） 余误差分布；n目的:准确控制表面杂质总量Q。 再分布（有限源扩散）高斯分布n目的：达到所需的Ns和Xj 111stDN2Q

7、22111s2stDtDN2N 4.实际杂质分布（了解） 5扩散层质量参数（了解）结深的测量（熟悉）a.磨角染色法：b.滚槽染色法：方块电阻R(RS) Qq1X1XRjj 表面浓度Ns-查图法（了解）次表面浓度和次表面薄层电阻（了解）击穿特性(了解）三. 扩散方法（了解）2-2 离子注入n特点（熟悉）注入温度低掺杂数目完全受控无污染横向扩散小不受固溶度限制注入深度随离子能量的增加而增加n缺点：损伤(缺陷)较多:必须退火。成本高一,离子注入设备（了解）n二. 能量损失模型（掌握）n1.核阻挡模型n2.电子阻挡模型n三. 注入深度（熟悉）1.总射程R E0 Ene,即以电子阻挡为主，令Sn(E)=

8、0,则 Rk2 E01/22.投影射程XP3.平均投影射程RP4.标准偏差（投影偏差）RP反映了RP的分散程度（分散宽度）。5.R, RP, RP间的近似关系2PPP)RX(R 12PM3M1RR 2121PPMMMM32RR 四. 浓度分布1.高斯分布（了解）2.横向效应（了解）3.沟道效应（熟悉）减小沟道效应的途径注入方向偏离晶体的主轴方向；提高温度；增大剂量； 淀积非晶表面层（SiO2)；在表面制造损伤层。n五.注入损伤与退火（了解）第三章 薄膜技术n外延及特点（熟悉）3.1 硅外延薄膜制备原理n外延的分类（了解)一、外延生长动力学原理n外延生长的步骤(熟悉）传输（扩散）吸附化学反应脱吸

9、逸出加接n速度附面层（熟悉）；质量附面层N （了解）；n生长速率（熟悉）：当hG ks，是表面反应控制。当ks hG，是质量转移控制。二、外延掺杂及杂质再分布1. 掺杂原理（了解）2.影响掺杂浓度的因素（了解）3.杂质再分布（熟悉）衬底杂质的再分布； 外延掺入杂质的再分布； 总的杂质分布（图324）： N(x,t)=N1(x,t) N2(x,t)“+”: 同一导电类型；“”:相反导电类型；三、自掺杂（非故意掺杂）（了解）四、缺陷及检测1.缺陷（了解）位错；层错（堆垛层错）。2.埋层的漂移与畸变（熟悉）3.2 其他外延技术（不考)3.3 SiO2薄膜(重点）nSiO2薄膜在工艺中的作用（掌握）杂

10、质扩散的掩蔽膜；器件薄膜的钝化、保护膜；IC隔离介质和绝缘介质；MOS电容介质；MOSFET的绝缘栅介质。一、 SiO2的结构与性质1. 结构结晶形结构（了解）无定形（非晶形）结构：（掌握）2 .性质（了解）二、SiO2膜的制备（熟悉）n干氧、水汽、湿氧三类三、热氧化生长动力学原理1.氧化层厚度与时间的关系（掌握）a.当A2/4Bt+t*，则ZOX=B/A(t+t*)，表面反应控制，b.当A2/4Bt+t*，则 ，扩散控制2. 影响因素(了解）n表37 本征的A、B、B/A和t*值 1B4/Att12AZ2OXBAZZtOX2OX ttBZOX四、实现SiO2的扩散掩蔽作用的条件（了解)n最小

11、掩膜厚度ZOX,min的确定： 双极器件， ZOX,min6.8 MOS器件，ZOX,min8.6tDOXtDOX3.4 薄膜的化学气相淀积 （CVD)1.CVD的定义（熟悉）2.反应方程式及功能（了解）3.CVD工艺的特点（了解）4.各种CVD方法（了解）第四章 光刻技术 熟悉光刻的定义目的工艺流程光刻三要素。一、光刻胶1.光刻胶的组份（了解）2.性能指标（熟悉）3.类型 熟悉正、负胶的功能与优缺点4.感光机理（了解）二、光刻版（了解）三、光刻机（曝光方式）1.了解三种光刻机（曝光方式）的特点2.熟悉分步重复投影光刻机Stepper的特点3.熟悉紫外及深紫外曝光：高压汞灯： g line及i line准分子激光： KrF-= 248nm，ArF-= 193nm， F2- = 157nm，四、光刻蚀工艺流程（熟悉、掌握）第五章 刻蚀技术（图形转移）n1.熟悉定义及VLSI对图形转移的要求n2