第一半导体工艺概述

1、第一章 微电子工艺概述1微电子工艺是指微电子产品的制作方法、原理、技术。不同产品的制作工艺不同，且繁琐复杂，但可以分解为多个基本相同的小单元，就是单项工艺，不同产品的制作就是将单项工艺按需要排列组合来实现的。 2芯片制造半导体器件制作在硅片表面仅几微米的薄层上，在一片硅片上可以同时制作几十甚至上百个特定的芯片。芯片制造涉及五个大的制造阶段：硅片制备、芯片制造、芯片测试/拣选、装配与封装、终测 34芯片制造的特点高技术密集型超洁超净大批量生产5芯片制造的特点高技术密集型 当今的芯片结构含多层薄膜和掺杂（45层）完成如此复杂的结构需要很多生产工艺和步骤。如64GbCMOS器件的特殊制程需要180个

2、重要工艺步骤，52次清洗和多达28层膜版，尽管如此，所有这些工艺步骤都是四大基础工艺之一。6基本工艺 增层 光刻 掺杂 热处理 7增 层 制程方法 具体分类 氧化 常压氧化 高压氧化法 快速热氧化（RTO） 化学气相淀积 常压化学气相淀积 低压化学气相淀积 等离子增强化学气相淀积 气相外延法 金属有机物CVD 分子束外延 物理气相淀积 真空蒸发法 溅射法8光 刻光刻胶 正胶工艺 负胶工艺 曝光源 高压汞 X射线 电子束曝光 曝光系统 接触式曝光 接近式曝光 投影式曝光 步进曝光刻蚀 湿化学刻蚀 干法刻蚀 反应离子刻蚀法9掺杂扩散 开放式炉管水平/竖置 封闭炉管 快速热处理离子注入 中/高电流离

3、子注入 低能量/高能量离子注入10热处理 制程方法 具体分类 加热 加热盘 热对流 快速加热 热辐射 红处线加热 11芯片制造的特点超洁超净 半导体芯片尤其是高密度的集成电路，极易受到多种污染物的损害，主要体现在器件成品率，器件性能，器件可靠性。污染物：微粒、金属离子、化学物质、细菌微粒器件对污染物的敏感度取决于较小的特征图形尺寸和晶片淀积层的厚度。12污染物的相对尺寸0.00025英寸 0.003英寸 0.001英寸 0.00045英寸 人类毛发烟尘尘埃指纹印13由经验得出的允许存在的微粒尺寸的法则： 微粒的尺寸要小于器件上最小的特征图形尺寸的1/10倍。 如：0.03m危害0.3m线宽的图

4、形非致命致命14151617金属离子 在晶片中的金属离子会改变器件的电学特性和可靠性。这些金属离子在半导体内部可以自由移动，造成器件失效。 Na+ K+ Fe3+ Mg2+ Al3+ 较常见的可移动离子18化学物质 工艺过程中所用的化学用品和可能会受到对芯片产生污染，导致晶片表面受到不需要的刻蚀，在器件上生成无法去除的化合物，或者引起不均匀的工艺过程。氯就是这样的一种污染物，他在工艺过程中用到的化学用品中的含量受到严格的控制。19细菌细菌是在水的系统中或不定期清洗的表面生成的有机物，细菌一旦在器件上生成，会成为颗粒状污染物或给器件表面引入不希望的金属离子。2021大批量生产 低成本 图形转移技

5、术使之得以实现22制作器件工艺实例23微米双极集成电路工艺24252627282930313233343536373839404142微电子器件工艺流程N阱MOS工艺 4344初始氧化：通过氧化，生长一层SiO2膜，用作杂质扩散掩蔽膜膜厚350nm45用第一块掩膜版，经曝光、等离子刻蚀，形成N阱窗口46在N2:O2=9:1的气氛中退火和驱进。温度1150，时间60分钟。N阱深度为56微米。同时生长一层约200nm的氧化层。47首先生长缓冲SiO2薄层，厚度600nm，目的是减少淀积的氮化硅与硅衬底之间的应力。其次低压CVD氮化硅，用于掩蔽氧化，厚度100nm48确定NMOS有源区：利用第二块掩

6、膜版，经曝光、等离子刻蚀，保留NMOS有源区和N阱区的氮化硅，去掉场区氮化硅，NMOS场区硼注入，剂量1*1013cm-2，能量120keV，防止场区下硅表面反型，产生寄生沟道。49利用氮化硅掩蔽氧化的功能，在没有氮化硅、并经硼离子注入的区域，生长一层场氧化层，厚度400nm50去除N阱中非PMOS有源区部分的氧化硅和氮化硅，这部分将是场区的一部分。对N阱中场区部分磷离子注入，防止寄生沟道影响。51一般采用湿氧氧化或高压氧化方法生长一层1微米厚的SiO252栅氧化及开启电压调整：1、去掉氮化硅和缓冲SiO2。2、栅氧化：在HCl气氛中干氧氧化生长SiO2约40nm。3、用硼离子注入调节开启电压

7、，剂量6*1011cm-2，能量100keV53LPCVD淀积多晶硅层，厚度400500nm，淀积温度62554光刻NMOS多晶硅（保持PMOS区多晶硅不动），形成NMOS多晶硅栅，去掉没有多晶硅覆盖的栅氧化层。磷离子注入，形成NMOS源、漏区。注入剂量3*1015cm-2，典型能量150keV551、保持NMOS区不动，用光刻胶保护。光刻N阱中PMOS区的多晶硅，形成PMOS多晶硅栅，去掉没有多晶硅覆盖的PMOS区栅氧化层，确定PMOS源、漏区。2、硼离子注入，形成PMOS源、漏区。硼离子注入剂量5*1015cm-2，能量100keV.3、离子注入退火和推进：在N2下退火，并将源、漏区推进，形成0.30.5微米深的源、漏区。56化学气相淀积磷硅玻璃介质层57刻金属化的接触孔磷硅玻璃回流，使接触孔边缘台阶坡度平滑，以利于金属化。否则在台阶边缘上金属化铝条容易发生断裂。在N2气氛下，1150回流30分钟。581、采用电子束蒸发或溅射的方法淀积Al-Si合金，利于解决电迁移现象2、刻蚀金属