1、集成電路的發(fā)展歷史集成電路（IC）：Integrated Circuit發(fā)展史與代表20世紀(jì)60年代興起：硅基底材料的出現(xiàn)20世紀(jì)80年代成熟：基底材料及刻蝕工藝新世紀(jì)之后的飛躍：刻蝕工藝的完善和提高主要特征：集成電路具有體積小，重量輕，引出線和焊接點(diǎn)少，壽命長，可靠性高，性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，裝配密度高，設(shè)備的穩(wěn)定工作時間大大提高。集成電路的分類按功能：數(shù)字集成電路、模擬集成電路、微波集成電路、射頻集成電路、其它；按工藝：半導(dǎo)體集成電路（雙極型、MOS型、BiCMOS）、薄/厚膜集成電路、混合集成電路按有源器件：雙極型、MOS型、BiCMOS、光電集成電路、CCD集成電路

2、、傳感器/換能器集成電路按集成規(guī)模：小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）、超大規(guī)模（VLSI）、甚大規(guī)模（ULSI）、巨大規(guī)模（GLSI）IC的基本制造環(huán)節(jié)：晶片加工外延生長介質(zhì)膜生長圖形加工局域摻雜金屬合金封裝、測試器件生產(chǎn)基本過程：器件（電路）設(shè)計測試與驗(yàn)證版圖設(shè)計與制造芯片制造測試、封裝、測試如何得到高質(zhì)量的集成電路用硅片硅片作用：集成電路和各種半導(dǎo)體器件制造中所使用的材料，目前主要是硅、鍺和砷化鎵等單晶體，其中又以硅為最多，硅器件占世界上出售的所有半導(dǎo)體器件的90%以上，硅材料多用來作為襯底材料。制備流程：晶體生長：晶體生長大致有形核長大完成三過程。80%90%的硅單晶

3、用提拉法生長：高純多晶硅（>99.999%）放在坩堝內(nèi)，溫度略高于硅的熔點(diǎn)，放入一個硅籽晶，充分熔解后再緩慢提升，坩堝旋轉(zhuǎn)、籽晶旋轉(zhuǎn)。Cz-S直拉法原理：在適當(dāng)?shù)臏囟忍荻?、氣壓下，熔融的硅在高度完美的籽晶（Seed）的旋轉(zhuǎn)牽引下可控地生長。工藝控制：縮頸（零位錯生長）；溫度場的分布（缺陷、雜質(zhì)、二次熱缺陷）；旋轉(zhuǎn)速率（溫度場的均勻、雜質(zhì)均勻）；提升速率（直徑、缺陷、應(yīng)力）；彎月面的控制（生長測控的特征面）；氣場的控制（缺陷、雜質(zhì)）晶片的加工：1、去頭、去尾、測試和分段 (外觀、縱向均勻性）2、滾磨3、定向、磨參考面4、切片5、倒角6、腐蝕與拋光7、識別標(biāo)記，清洗，吸除超凈技術(shù)基本要求：器

4、件工藝中能接受的顆粒尺度必須小于最小器件特征尺寸的一半顆粒的來源：空氣、人、廠房、水、工藝用化學(xué)品、工藝用氣體、生產(chǎn)設(shè)備檢測：激光掃描（>0.1mm)表述方法的新規(guī)定：Class X （at Y mm）如：Class 100 （at 0.5 mm），即為：每立方英尺中大于0.5 mm 的微粒數(shù)不多于100個。U（X）為每立方米中大于0.02mm的超細(xì)微粒不多于X個人污染的控制<1超凈服：高技術(shù)聚脂織物，能：1）對身體產(chǎn)生的顆粒和浮質(zhì)進(jìn)行總體控制2）超凈服系統(tǒng)顆粒零釋放3）零靜電積累4）無化學(xué)和生物殘余物的釋放<2嚴(yán)格的凈化間操作規(guī)范超凈廠房的設(shè)計與實(shí)施要求集成電路工藝中使用的

5、“純凈水”清洗目的：去除殘存在表面的塵埃顆粒（拋光）、有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)非金屬玷污（S、各種酸根等）、重金屬離子玷污、鈉鉀離子玷污、天然氧化層等。清洗方法：機(jī)械、化學(xué)；濕法、干法去離子水（Deionized Water）：完全或不完全地去除離子物質(zhì)，主要指采用離子交換樹脂處理方法。DI Water還要進(jìn)行現(xiàn)場超過濾（0.005mm的顆粒)和脫氣處理(氧含量<10ppb)摻雜方法（擴(kuò)散）擴(kuò)散摻雜技術(shù)、離子注入技術(shù)等。擴(kuò)散摻雜技術(shù)：集成電路制造中的固態(tài)擴(kuò)散工藝，簡稱擴(kuò)散，是將一定數(shù)量的某種雜質(zhì)摻入到硅晶體中去，以改變電學(xué)性質(zhì)，并使摻入的雜質(zhì)數(shù)量、分布形式和深度等都滿足要求。雜質(zhì)擴(kuò)散機(jī)制：間隙式擴(kuò)

6、散：間隙原子從一個間隙位跳到鄰近的間隙位，造成原子的移動。替位式擴(kuò)散：雜質(zhì)原子在晶格中移動方式是由一個晶格跳到下一個晶格。其它擴(kuò)散機(jī)制：a）直接交換b）Kick-out機(jī)制影響擴(kuò)散運(yùn)動的因素：濃度差、溫度高低、粒子大小、晶體結(jié)構(gòu)、缺陷濃度、粒子運(yùn)動方式擴(kuò)散方式：恒定表面源擴(kuò)散硅片表面的雜質(zhì)濃度始終不變 ；有限表面源擴(kuò)散擴(kuò)散前在硅片表面先淀積一層雜質(zhì)作為整個過程的唯一擴(kuò)散源擴(kuò)散工藝（按原始雜質(zhì)源在室溫下的相態(tài)分類）：固態(tài)源、氣態(tài)源、液態(tài)源擴(kuò)散PN結(jié)制造中的擴(kuò)散工藝（常規(guī)工藝）：先在恒定表面源的情況下擴(kuò)散一短時間t1，使其在近表面處有一雜質(zhì)總量為Q1的高濃度薄層，這一過程通常在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行，并被稱

7、為“預(yù)沉積擴(kuò)散” (predisposition)；再在除去外部雜質(zhì)源的情況下，在溫度稍高的條件下使總量為Q1的雜質(zhì)繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)行雜質(zhì)的“再分布”(drive-in)，這一過程通常在氧氣氛中進(jìn)行。快速熱處理熱退火目的：注入離子所造成的硅片中的損傷就可能部分或絕大部分得到消除，少數(shù)載流子的壽命以及遷移率也會不同超度得到恢復(fù)，摻入的雜質(zhì)也將得到一定比例的電激活。注入離子的電激活、氧化層缺陷和界面態(tài)的消除、消除缺陷和應(yīng)力、金屬化（金屬硅化反應(yīng)）、玻璃介質(zhì)（磷、硼硅玻璃）的熔流、覆蓋層的固化、表面的平坦化快速退火的目的：通過降低退火溫度，或者縮短退火時間完成退火要求：升降溫速度快，升降溫均勻LSI

8、中的光刻技術(shù)光刻：是一種將圖形復(fù)印和腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)。在集成電路生產(chǎn)過程中，在介質(zhì)和金屬膜上復(fù)印并刻蝕出與設(shè)計的掩膜版完全對應(yīng)的圖形，以實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬布線的目的。光刻是集成電路微圖形結(jié)構(gòu)加工的關(guān)鍵工藝技術(shù)，圖形加工（光刻）：包括圖形轉(zhuǎn)移（復(fù)?。┖蛨D形刻蝕集成電路的特征尺寸基本上是由光刻技術(shù)決定的，因此通常用特征尺寸來評價生產(chǎn)線的技術(shù)水平。通常用光刻的套刻次數(shù)來表示某種集成電路生產(chǎn)工藝的難易程度。關(guān)鍵技術(shù)：套刻（對準(zhǔn)）、圖形轉(zhuǎn)移（曝光）、刻蝕對光刻的基本要求：高分辨率；高靈敏度的光刻膠；低缺陷；精密的套刻對準(zhǔn)；對大尺寸硅片的加工光刻的基本工藝流程：Wafer增粘®涂膠

9、（光致抗蝕劑）®前烘（軟烘） ®曝光®后烘®顯影和定影®堅膜®檢測 ®（刻蝕）光刻工藝中的質(zhì)量問題（應(yīng)在每一道工序后都要進(jìn)行質(zhì)量檢測和分析）圖形畸變：小尺寸光學(xué)效應(yīng)、曝光時間、顯影時間浮膠：粘附、前烘時間、曝光時間、顯影時間毛刺和鉆蝕：清潔、顯影時間針孔：膜厚不足、曝光不足、清潔、掩膜版小島：曝光、清潔、濕法顯影、掩膜版離子注入技術(shù)物理原理：通過改變高能離子的能量，控制注入離子在靶材料中的位置。離子注入技術(shù)：把摻雜劑的原子引入固體中的一種材料改性方法。簡單地說，離子注入的過程，就是在真空系統(tǒng)中，用經(jīng)過加速的，要摻雜的原子的離

10、子照射（注入）固體材料，從而在所選擇的（即被注入的）區(qū)域形成一個具有特殊性質(zhì)的表面層（注入層）。工藝特點(diǎn)（與擴(kuò)散比較）：總體優(yōu)于擴(kuò)散，在當(dāng)代IC制造中，已基本取代擴(kuò)散摻雜。雜質(zhì)總量可控大面積均勻深度及分布可控低溫工藝（一般<673K）快速熱退火溫度要高些注入劑量范圍寬（10111017cm-3），劑量控制精度高（<1%）橫向擴(kuò)散小淺結(jié)工藝最大摻雜濃度光刻標(biāo)記問題應(yīng)用：摻雜淺結(jié)形成埋層介質(zhì)膜的形成吸雜工藝Smart Cut for SOI聚焦離子束技術(shù)其它（如：離子束表面處理）存在問題：離子源：汽化®高壓電離；多價問題；分子態(tài)原子態(tài)問題選擇性摻雜的掩膜注入損傷設(shè)備：最簡單的

11、離子注入機(jī)包括一個產(chǎn)生離子的離子源和放置待處理物件的靶室。1. 質(zhì)量分析注入機(jī)，能注入任何元素。2. 氮注入機(jī)，只能產(chǎn)生氣體束流（幾乎只出氮)。主要用于工具的注入。3. 等離子源注入機(jī)(PIII)常見薄膜制備的方法（一種就好）常見的方法有：PVD物理氣相沉積（真空蒸發(fā)和濺射）、CVD化學(xué)氣相沉積、晶體外延生長技術(shù)晶體外延生長技術(shù)：與熱氧化過程不同的是，外延時只有氣相質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程和表面吸附（反應(yīng)）過程。步驟：1）反應(yīng)劑分子以擴(kuò)散方式從氣相轉(zhuǎn)移到生長層表面2）反應(yīng)劑分子在生長層表面吸附；3）被吸附的反應(yīng)劑分子在生長層的表面完成化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生硅原子及其它副產(chǎn)物；4）副產(chǎn)物分子叢表面解吸；5）解吸的副

12、產(chǎn)物以擴(kuò)散的形式轉(zhuǎn)移到氣相，隨主氣流排出反應(yīng)腔；6）反應(yīng)所生成的硅原子定位于晶格點(diǎn)陣，形成單晶外延層；汽相外延生長工藝：外延層中的摻雜：摻雜濃度受汽相中的摻雜劑分氣壓控制、生長速率和溫度的影響外延過程中的雜質(zhì)再分布和自摻雜：襯底雜質(zhì)的再分布、摻入雜質(zhì)的再分布自摻雜（auto doping）效應(yīng)： 襯底中的雜質(zhì)不斷地蒸發(fā)出來，進(jìn)入總氣流并摻入外延層減小自摻雜效應(yīng)措施：襯底雜質(zhì)的選擇：（擴(kuò)散系數(shù)小、蒸發(fā)速率低）、外延、低溫（變溫）技術(shù)（如選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)體系、光照、等離子體等）、低壓技術(shù)、掩蔽技術(shù)等清潔技術(shù)外延層性能檢測：阻率、雜質(zhì)分布、厚度、缺陷、外延過程中的圖形漂移薄膜沉積其生長的過程大致為：晶

13、核形成、晶粒成長、晶粒聚結(jié)、逢道填補(bǔ)、積膜成長。幾種物理沉積（PVD）方法1）熱阻加熱蒸發(fā)鍍膜：優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：系統(tǒng)簡單、可蒸鍍各種材料、易做厚膜、純度不夠高、鍍膜速率不易控制、均勻性較差（星型夾具）2）電子束蒸發(fā)：純度高、膜速率易控制3）濺射沉積 PVD技術(shù)主要用于金屬膜的制備（也可以用于非金屬薄膜材料的生長）主要金屬材料：連線材料（鋁Al、鋁銅合金、銅Cu）阻擋層金屬（W、Ti、Mo、Ta等）硅化物（Pt、W、Ti等）金屬填充物（W等）其它真空蒸發(fā)法：利用蒸發(fā)材料在高溫時所具有的飽和蒸汽壓進(jìn)行薄膜制備。在蒸發(fā)真空條件下，加熱蒸發(fā)源使原子或分子從蒸發(fā)源表面逸出，現(xiàn)成蒸汽流并入射到硅片（襯底）表面

14、，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備比較簡單，操作容易，所制備的薄膜純度比較高，厚度控制比較精確，成膜速度快，生長機(jī)理簡單等。缺點(diǎn)：形成的薄膜與襯底附著力較小，工藝重復(fù)性不夠理想，臺階覆蓋的能力差等。設(shè)備（三大部分）：（1）真空系統(tǒng)：為蒸發(fā)過程提供真空環(huán)境；（2）蒸發(fā)系統(tǒng)：防止蒸發(fā)源以及加熱和測溫裝置；（3）基板與加熱系統(tǒng)：放置硅片襯底，對襯底加熱測溫等操作過程：（1）加熱蒸發(fā)過程：對蒸發(fā)源進(jìn)行加熱，使其溫度接近或達(dá)到蒸發(fā)材料的熔點(diǎn)，則固態(tài)表面的原子容易逸出，轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?（2）氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn)過程：原子或分子在真空環(huán)境中，由源飛向硅片，飛行過程中可能與真空室內(nèi)的殘余氣體分子發(fā)

15、生碰撞，碰撞次數(shù)取決于真空度以及源到硅片之間的距離； （3）被蒸發(fā)的原子或分子在襯底表面的淀積過程：飛到襯底表面的原子在表面上凝結(jié)成核、生長和成膜過程。由于襯底溫度低于蒸發(fā)源溫度，同時被蒸發(fā)的原子或分子只有極低的能量，在襯底表面不具有移動扥能力，因此，到達(dá)后將直接發(fā)生從氣相到固相的相轉(zhuǎn)變過程，立即凝結(jié)在襯底表面上?；瘜W(xué)汽相淀積（CVD）原理薄膜生長的基本過程(與外延相似)、外延是一特殊的薄膜生長1)參加反應(yīng)的氣體混合物被輸運(yùn)到沉積區(qū)2)反應(yīng)物分子由主氣流擴(kuò)散到襯底表面3)反應(yīng)物分子吸附在襯底表面4）吸附物分子間或吸附分子與氣體分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物，并沉積在襯底表面（或原

16、子遷移到晶格位置）5）反應(yīng)副產(chǎn)物分子從襯底表面解吸6）副產(chǎn)物分子由襯底表面外擴(kuò)散到主氣流中，然后排出沉積區(qū)CVD反應(yīng)室氣相沉積的反應(yīng)控制模式主要為質(zhì)量輸運(yùn)控制和表面反應(yīng)控制。質(zhì)量輸運(yùn)控制：工藝容易控制；反應(yīng)溫度較高，生成膜的質(zhì)量較好，但容易引入污染和外延時的自摻雜，可能存在工藝上的不兼容；設(shè)備簡單；生長與氣流有關(guān)，厚度均勻性不易控制。表面反應(yīng)控制：生長反應(yīng)與氣流無關(guān)，因而均勻性好，產(chǎn)量高；生長速率與溫度有關(guān)，較難控制；生長溫度低，污染小，但容易產(chǎn)生缺陷。通過降低反應(yīng)時的總氣壓，可以使DG（HG）增加，從而實(shí)現(xiàn)表面反應(yīng)控制。在這種情況下，生長速率降低，即使在進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度，也能較好地控制厚度和缺陷。常壓CVD （APCVD）特點(diǎn)：溫度高，不適宜生長某些鈍化膜應(yīng)