硅集成电路工艺基础期末复习市公开课一等奖省赛课获奖

单片机期末复习指导老师：东哥完成者：MZ第1页硅片制造厂分区Test/Sort测试/拣选Implant注入Diffusion扩散Etch刻蚀Polish抛光Photo光刻CompletedWaferUnpatternedWafer无图形硅WaferStartThinFilms薄膜WaferFabrication(front-end)硅片制造（前端）

第2页二氧化硅制备方法CVD（化学气相淀积）PVD（物理气相淀积）热氧化

1、热氧化生成二氧化硅掩蔽能力最强

2、质量最好、重复性和稳定性最好

3、降低表面悬挂键从而使表面状态密度减小，且能很好控制界面陷阱和固定电荷第3页热氧化法三种氧化法比较干氧氧化：结构致密但氧化速度极低湿氧氧化：氧化速度高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜水汽氧化：结构粗糙不可取

实际生产：干氧氧化+湿氧氧化+干氧氧化常规三步热氧化模式既确保了二氧化硅表面和界面质量，又处理了生长速率问题第4页决定氧化速率原因氧化剂分压氧化温度硅表面晶向硅中杂质第5页硅—二氧化硅界面特征硅—二氧化硅界面电荷类型可动离子电荷界面陷阱电荷氧化层固定电荷氧化层陷阱电荷第6页杂质参杂掺杂：将需要杂质掺入特定半导体区域中，以到达改变版胴体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触掺杂工艺：扩散、离子注入第7页第8页扩散机构第9页扩散杂质分布扩散方式：恒定表面源扩散有限表面源扩散实际方法：两步

--预扩散在低温下采取恒定表面源扩散方式

--主扩散将由预扩散引入杂质作为扩散源，在较高温度下进行扩散。（再分布）第10页恒定表面源扩散，杂质为余误差分布第11页有限源扩散第12页有限源扩散特点第13页离子注入应用能够用于n/p型硅制作调整阈值电压用沟道掺杂隔离工序中预防计生沟道用沟道截断CMOS阱形成浅结制备在特征尺寸日益减小今日，离子注入已经成为种主流技术第14页离子注入优缺点第15页离子注入沟道效应沟道效应：离子沿一些方向掺入速度比其它方向大，使离子峰值在硅片更深处或呈双峰值得杂质分布第16页怎么才能处理离子沟道效应倾斜样品表面，晶体主轴方向偏离注入方向，经典值为7°。先重轰击晶格表面，形成无定型层在无定形靶运动离子因为碰撞方向不停改变，因而也会有部分离子进入沟道，但在沟道运动过程中又有可能脱离沟道，故对注入离子峰值附近分布并不会产生实质性影响增大注入离子半径(B——BF2)表面长二氧化硅薄层第17页热退火退火也叫热处理，集成电路工艺中全部在氮气等不活泼气氛中进行热处理过程都能够称为退火激活杂质：使不在晶格位置上离子运动到晶格位置，方便含有电活性，产生自由载流子，起到杂质作用消除损伤高温下，原子振动能增大，因而移动能力加强，可使复杂损伤分解为点缺点或其它形式简单缺点，简单缺点在高温下能够较高迁移率移动，复合后缺点消失。对于非晶区域损伤恢复首先发生在损伤区与结晶区交界面。退火温度和时间，退火方式等依据实际损伤情况来确定。低剂量造成损伤，普通在较低温度下退火就能够消除。载流子激活所需要温度比起寿命和迁移率恢复所需要温度低。第18页淀积第19页PVD物理气相淀积真空蒸发法溅射第20页CVD化学气相淀积工艺特点第21页化学气相淀积CVD系统分类常压化学气相淀积（APCVD）低压化学气相淀积（LPCVD）等离子增强化学气相淀积（PECVD）第22页CVD三种方法比较APCVD——设备简单，淀积速率大（1000A/min）——易气相成核，均匀性不好，材料利用率低LPCVD——均匀性好，台阶覆盖性好，污染少。对反应室结构要求低。装片量大——淀积速度低，淀积温度高，存在气缺现象PECVD——反应温度低，附着性好，良好阶梯覆盖，良好电学特征能够与精细图形转移工艺兼容，薄膜应力低，主流工艺——具备LPCVD优点highdepositionrateatrelativelylowtemperatureImprovefilmqualityandstresscontrolthroughionbombardment准确控制衬底温度第23页采取掺杂多晶硅做栅电极原因经过掺杂可得到特定电阻与二氧化硅有良好接触界面与后序高温工序兼容比AL电极稳定性好能实现自对准均匀性好第24页氮化硅在微电子工艺中应用第25页外延第26页第27页自掺杂效应第28页生长速率影响原因温度反应剂浓度气流速度衬底晶向第29页光刻技术特点第30页ULSI对光刻有哪些基本要求第31页掩膜版第32页光刻光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成胶状液体光刻胶受到特定波长光线作用后，造成其化学结构发生改变，使光刻胶在某种特定液体中溶解特征改变】光刻过程主要步骤：曝光、显影、刻蚀第33页第34页正负光刻胶对比第35页工艺流程第36页ULSI对图形转移要求图形转移保真度选择比在腐蚀过程中，为了严格控制每一层腐蚀图形转移精度，同时防止其它各层材料腐蚀,需要控制不一样材料腐蚀速率。两种不一样材料在腐蚀过程中被腐蚀速率比均匀性使厚膜腐蚀尽，且薄处不过刻刻蚀清洁引入玷污会影响图形转移精度，又增加了腐蚀后清洗复杂性和难度，故要预防玷污第37页刻蚀第38页刻蚀工艺分为：湿法刻蚀和干法刻蚀第39页湿法刻蚀和干法刻蚀比较干法刻蚀优缺点：分辨率高各向异性腐蚀能力强均匀性、重复性好便于连续自动操作成本高，选择比普通较低湿法刻蚀优缺点：成本低廉选择比高各向同性腐蚀速率难以控制第40页金属化：金属及金属性材料在集成电路技术中应用金属材料用途及要求：栅电极：良好界面特征和稳定性适当功函数多晶硅优点互连材料电阻率小，易于淀积和刻蚀，好抗电迁移特征接触材料（接触孔、硅化物）良好接触特征（界面性，稳定性，接触电阻，在半导体材料中扩散系数）后续加工工序中稳定性；确保器件不失效第41页第42页第43页第44页Al/Si接触中现象铝硅相图Al在Si中溶解度低Si在Al中溶解度较高（铝尖楔现象，图9.4）故退火时，Si原子会溶到Al中Al与SiO2反应

4Al+3SiO2

3Si+2Al2O3吃掉Si表面SiO2，降低接触电阻改进与SiO2

黏附性第45页影响尖楔原因Al—Si界面氧化层厚度薄氧厚氧(出现在缺点处，尖楔较深）衬底晶向〈111〉：横向扩展双极集成电路〈100〉：垂直扩展pn结短路MOS集成电路（尖楔现象严重）第46页铜及低K介质优点：电阻率低，可减小引线宽度和厚度，从而减小分布电容，降低了互连线延迟时间。抗电迁移性能好，没有应