第二章集成電路的制造工藝

第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程第二節(jié)MOS集成電路的工藝流程第三節(jié)外延工藝第四節(jié)氧化工藝第五節(jié)化學汽相淀積(CVD)方法第六節(jié)摻雜技術第七節(jié)光刻工藝第八節(jié)刻蝕技術

第二章集成電路的制造工藝第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程1第二章集成電路的制造工藝

第九節(jié)淀積工藝第十節(jié)表面鈍化技術第十一節(jié)隔離技術第十二節(jié)微電子技術的加工工藝環(huán)境第十三節(jié)襯底材料第二章集成電路的制造工藝第九節(jié)淀積工藝2第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程

PN結隔離方法制造雙極型集成電路的典型工藝流程。圖1

第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程3第二節(jié)MOS集成電路的工藝流程N溝道鋁柵NMOS晶體管的制造工藝流程圖1CMOS集成電路工藝流程CMOS反相器圖2CMOS主要工藝流程圖圖3第二節(jié)MOS集成電路的工藝流程4第三節(jié)外延工藝

外延技術的采用主要有以下優(yōu)點：①利用外延技術可以提高高頻大功率晶體管的頻率和功率特性。②在雙極型集成電路的制造工藝中，采用外延技術容易實現(xiàn)隔離。③利用外延技術可以根據(jù)需要方便地控制薄層單晶的電阻率、電導類型、厚度及雜質分布等參數(shù)。增大了工藝設計和器件制造的靈活性。第三節(jié)外延工藝5

外延生長的方法和原理

汽相外延生長的設備圖汽相外延生長的方法汽相外延生長原理其他外延技術液相外延：液相外延是一種在溶液中生長晶體的方法。液相外延的優(yōu)點是可以得到高純度的外延層。分子束外延：分子束外延實際上是一種直接淀積技術。分子束外延的優(yōu)點是：能精確控制外延層的化學配比，雜質分布和外延層厚度。外延生長的方法和原理6第四節(jié)氧化工藝1二氧化硅的性質及其作用(1)二氧化硅的性質①二氧化硅是理想的電絕緣材料，實驗表明，二氧化硅在室溫附近相當寬的溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，電阻率很高。②二氧化硅的化學特性非常穩(wěn)定，③實驗證明某些雜質在二氧化硅中的擴散系數(shù)比在Si中的要小，因而可以用二氧化硅膜作擴散的掩蔽層。④二氧化硅的電容性能是用介電常數(shù)表征的。第四節(jié)氧化工藝7(2)二氧化硅膜的作用①在MOS集成電路中，二氧化硅層用做MOSFET的絕緣柵介質②二氧化硅層可以用做摻雜時的掩蔽層.可以作為注入離子的阻擋層。③二氧化硅膜對器件表面有保護和鈍化作用④二氧化硅膜用做制作電容器的介質材料。⑤二氧化硅膜用于集成電路中的隔離介質和電絕緣介質(2)二氧化硅膜的作用82二氧化硅層的熱生長機理①干氧氧化法。干氧氧化的氧化層生長機理是：處在高溫狀態(tài)的氧分子與硅片表面的硅原子接觸產(chǎn)生化學反應在硅表面形成二氧化硅層②硅的水汽氧化。硅的水汽氧化生長氧化層的機理是：高溫下，水蒸氣與硅材料表面接觸時，水分子與硅材料表面的硅原子發(fā)生反應生成二氧化硅層，③濕氧氧化④在實際的生產(chǎn)中，廣泛采用的氧化方式是：干氧—濕氧—干氧的交替氧化生長二氧化硅的方式2二氧化硅層的熱生長機理93二氧化硅膜的制備方法圖此外還有氫氧合成氧化及高壓氧化等制備二氧化硅膜的方法。

3二氧化硅膜的制備方法圖10第五節(jié)化學汽相淀積(CVD)方法化學汽相淀積指的是通過氣態(tài)物質的化學反應在襯底上淀積一層薄膜材料的過程?；瘜W汽相淀積技術特點是：淀積溫度低，淀積薄膜的成分和厚度容易控制，均勻性和重復性好，適用范圍寬，設備簡單等諸多優(yōu)點。1化學汽相淀積二氧化硅膜①低溫②高溫2多晶硅膜的制備3氮化硅膜的制備常用的方法是化學汽相淀積法。多用等離子體化學汽相淀積（PECVD）方法。第五節(jié)化學汽相淀積(CVD)方法11第六節(jié)摻雜技術摻雜是指將需要的雜質摻入到半導體特定的區(qū)域中的技術。目的是：改變半導體的電學性質，制造PN結二極管、NPN和PNP晶體管、電阻器等。在集成電路生產(chǎn)中擴散和離子注入摻雜是常用的兩種摻雜技術。1擴散原理(1)擴散的本質與擴散方法在集成電路工藝中的擴散指的是在一定溫度下，Ⅲ族元素硼（B）或V族元素磷（P）、砷（AS）等原子能夠克服阻力進入半導體（硅）中并緩慢地移動。進入半導體中的雜質原子有替位式擴散和間隙式擴散兩種方式。

第六節(jié)摻雜技術12(2)兩種表面源的擴散方程的解圖1圖2(3)擴散工藝的主要參數(shù)①薄層電阻。圖3圖4

②PN結結深Xj磨角法Xj=dsinθ圖滾槽法Xj=ab/2R圖(4)雜質的橫向擴散在大規(guī)模集成電路制造工藝中應減小或避免雜質的橫向擴散圖(2)兩種表面源的擴散方程的解圖1圖2132擴散工藝固態(tài)源擴散裝置圖工藝過程為：先是固態(tài)氮化硼源的活化,活化后的氮化硼源與硅片間隔等距離立放在反應室內(nèi)，加熱到960℃擴散,將預淀積后的硅晶片在稀氫氟酸中漂去摻入硼的二氧化硅（硼硅玻璃）層后，繼續(xù)進行再分布擴散.

2擴散工藝143離子注入摻雜技術

離子注入裝置圖①離子源②磁分析器③加速器。④聚焦和掃描器。⑤靶室和偏束板。⑥真空排氣系統(tǒng)和電氣控制器。

3離子注入摻雜技術15(2)離子注入的原理圖(3)離子注入的雜質分布(4)離子注入摻雜技術的特點①被注入的雜質離子是經(jīng)過質量分析器挑選出來的，被選中的離子純度高、能量單一，從而保證了摻雜純度不受雜質源純度的影響。②離子注入可以在較低溫度(400℃)下進行，所以能夠避免熱擴散所引入的晶體缺陷。③離子注入摻雜的均勻性好，可以在較大面積上形成既薄又均勻的摻雜層，而且橫向擴散比熱擴散小得多。④離子注入技術對于注入離子的能量和劑量可以分別獨立地控制，因而可以精確控制摻雜的濃度和摻雜深度。

(2)離子注入的原理圖16

第七節(jié)

光刻工藝1光刻工藝步驟在二氧化硅薄膜上開窗口的光刻工藝步驟圖

光刻工藝流程(1)清洗后的硅片；(2)涂感光膠；(3)前烘；(4)曝光；(5)顯影；(6)堅膜及腐蝕；(7)去膠光刻的流程①清潔處理。②涂感光膠。③前烘。④曝光。⑤顯影。⑥堅膜。⑦腐蝕。⑧去膠。⑨清洗。2常見的幾種光刻方法常用的光刻方法有接觸式光刻、接近式光刻和投影式光刻三種.圖第七節(jié)光刻工藝173超細線條曝光技術

①遠紫外線曝光技術。②電子束曝光技術。③離子束曝光技術。④X射線曝光技術。3超細線條曝光技術18第八節(jié)刻蝕技術

1濕法腐蝕濕法腐蝕就是將晶片置于液態(tài)的化學腐蝕液中進行腐蝕。根據(jù)被腐蝕膜層材料的不同，配制不同的腐蝕液進行腐蝕。①二氧化硅的腐蝕②鋁的腐蝕2干法腐蝕干法腐蝕是使腐蝕劑處于“活性氣態(tài)”情況下，與被腐蝕的晶片表面接觸而實現(xiàn)腐蝕的。干法腐蝕分為等離子體腐蝕、物理腐蝕和反應離子腐蝕三類。第八節(jié)刻蝕技術19淀積工藝

在集成電路制造工藝中，金屬電極膜的淀積方法常用的有真空蒸發(fā)法和濺射法，這兩種方法都屬于物理汽相淀積技術。1真空蒸發(fā)方法①電阻加熱蒸發(fā)圖②電子束蒸發(fā)2濺射技術淀積工藝20表面鈍化技術

為了提高器件穩(wěn)定性和可靠性，主要采取的措施有①摻氯氧化。②摻磷氧化。③氮化硅（Si3N4）鈍化膜。④三氧化二鋁鈍化膜。表面鈍化技術21隔離技術

1雙極型集成電路中的隔離技術(1)PN結隔離圖PN結隔離工藝的優(yōu)點是方法簡單、易于制造、無需特殊技術和設備。但其缺點是：①由于PN結漏電流的存在，隔離性能欠理想。②由于隔離擴散時的橫向擴散，因此要占用較多芯片面積，這對提高集成度不利。③隔離結面積大，由于PN結的電容效應，會影響高頻放大器的頻率響應和高速數(shù)字電路的速度。④PN結隔離的抗輻照能力差，受溫度影響大。這是因為PN結的電特性對溫度和輻射影響靈敏的緣故。隔離技術22(2)PN結對通隔離對通隔離工藝示意圖圖(3)集電極隔離擴散集電極隔離擴散工藝示意圖圖(4)雙極型集成電路中的介質隔離介質隔離工藝示意圖圖氧化；（b）光刻；（c）腐蝕；（d）生成氧化硅；（e）生成多晶硅；（f）形成N型硅(5)雙極型集成電路中的PN結介質隔離PN結-介質混合隔離工藝圖(a）N+埋層擴散；（b）擴散保護環(huán)；（c）外延N型層；（d）開槽；（e）隔離氧化(2)PN結對通隔離232MOS集成電路中的隔離技術圖(a)NMOS;(b)PMOS;(c)P阱CMOS;(d)N阱CMOS（e）雙阱場寄生MOSFET圖(1)標準場氧化隔離圖(2)局部氧化隔離圖2MOS集成電路中的隔離技術圖24微電子技術的加工工藝環(huán)境1超凈空間環(huán)境①污染來源。②凈化標準。2超純水超純水的制備方法有：離子交換法、電滲析法和反滲透法。3超純氣體和化學試劑(1)氣體純度要求(2)化學試劑純度要求

微電子技術的加工工藝環(huán)境25襯底材料

加工微電子器件對單晶襯底材料的要求主要有以下幾點：①導電類型。②電阻率。③壽命。④晶體完整性。⑤晶向。⑥晶向標記。⑦單晶直徑盡可能大。

襯底材料26返回返回27返回返回28返回返回29返回返回30返回返回31返回返回32返回返回33返回返回34返回返回35返回返回36返回返回37返回返回38返回返回39返回返回40返回返回41返回返回42返回返回43返回返回44返回返回45返回返回46返回返回47返回返回48返回返回49返回返回50返回返回51返回返回52返回返回53返回返回54返回返回55返回返回56返回返回57返回返回58返回(a)生長二氧化硅膜；(b)淀積氮化硅膜；(c)光刻場區(qū)氧化窗口；(d)場區(qū)氧化；(e)刻蝕掉氮化硅返回(a)生長二氧化硅膜；(b)淀積氮化硅膜；59第二章集成電路的制造工藝

第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程第二節(jié)MOS集成電路的工藝流程第三節(jié)外延工藝第四節(jié)氧化工藝第五節(jié)化學汽相淀積(CVD)方法第六節(jié)摻雜技術第七節(jié)光刻工藝第八節(jié)刻蝕技術

第二章集成電路的制造工藝第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程60第二章集成電路的制造工藝

第九節(jié)淀積工藝第十節(jié)表面鈍化技術第十一節(jié)隔離技術第十二節(jié)微電子技術的加工工藝環(huán)境第十三節(jié)襯底材料第二章集成電路的制造工藝第九節(jié)淀積工藝61第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程

PN結隔離方法制造雙極型集成電路的典型工藝流程。圖1

第一節(jié)雙極型集成電路的工藝流程62第二節(jié)MOS集成電路的工藝流程N溝道鋁柵NMOS晶體管的制造工藝流程圖1CMOS集成電路工藝流程CMOS反相器圖2CMOS主要工藝流程圖圖3第二節(jié)MOS集成電路的工藝流程63第三節(jié)外延工藝

外延技術的采用主要有以下優(yōu)點：①利用外延技術可以提高高頻大功率晶體管的頻率和功率特性。②在雙極型集成電路的制造工藝中，采用外延技術容易實現(xiàn)隔離。③利用外延技術可以根據(jù)需要方便地控制薄層單晶的電阻率、電導類型、厚度及雜質分布等參數(shù)。增大了工藝設計和器件制造的靈活性。第三節(jié)外延工藝64

外延生長的方法和原理

汽相外延生長的設備圖汽相外延生長的方法汽相外延生長原理其他外延技術液相外延：液相外延是一種在溶液中生長晶體的方法。液相外延的優(yōu)點是可以得到高純度的外延層。分子束外延：分子束外延實際上是一種直接淀積技術。分子束外延的優(yōu)點是：能精確控制外延層的化學配比，雜質分布和外延層厚度。外延生長的方法和原理65第四節(jié)氧化工藝1二氧化硅的性質及其作用(1)二氧化硅的性質①二氧化硅是理想的電絕緣材料，實驗表明，二氧化硅在室溫附近相當寬的溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，電阻率很高。②二氧化硅的化學特性非常穩(wěn)定，③實驗證明某些雜質在二氧化硅中的擴散系數(shù)比在Si中的要小，因而可以用二氧化硅膜作擴散的掩蔽層。④二氧化硅的電容性能是用介電常數(shù)表征的。第四節(jié)氧化工藝66(2)二氧化硅膜的作用①在MOS集成電路中，二氧化硅層用做MOSFET的絕緣柵介質②二氧化硅層可以用做摻雜時的掩蔽層.可以作為注入離子的阻擋層。③二氧化硅膜對器件表面有保護和鈍化作用④二氧化硅膜用做制作電容器的介質材料。⑤二氧化硅膜用于集成電路中的隔離介質和電絕緣介質(2)二氧化硅膜的作用672二氧化硅層的熱生長機理①干氧氧化法。干氧氧化的氧化層生長機理是：處在高溫狀態(tài)的氧分子與硅片表面的硅原子接觸產(chǎn)生化學反應在硅表面形成二氧化硅層②硅的水汽氧化。硅的水汽氧化生長氧化層的機理是：高溫下，水蒸氣與硅材料表面接觸時，水分子與硅材料表面的硅原子發(fā)生反應生成二氧化硅層，③濕氧氧化④在實際的生產(chǎn)中，廣泛采用的氧化方式是：干氧—濕氧—干氧的交替氧化生長二氧化硅的方式2二氧化硅層的熱生長機理683二氧化硅膜的制備方法圖此外還有氫氧合成氧化及高壓氧化等制備二氧化硅膜的方法。

3二氧化硅膜的制備方法圖69第五節(jié)化學汽相淀積(CVD)方法化學汽相淀積指的是通過氣態(tài)物質的化學反應在襯底上淀積一層薄膜材料的過程?；瘜W汽相淀積技術特點是：淀積溫度低，淀積薄膜的成分和厚度容易控制，均勻性和重復性好，適用范圍寬，設備簡單等諸多優(yōu)點。1化學汽相淀積二氧化硅膜①低溫②高溫2多晶硅膜的制備3氮化硅膜的制備常用的方法是化學汽相淀積法。多用等離子體化學汽相淀積（PECVD）方法。第五節(jié)化學汽相淀積(CVD)方法70第六節(jié)摻雜技術摻雜是指將需要的雜質摻入到半導體特定的區(qū)域中的技術。目的是：改變半導體的電學性質，制造PN結二極管、NPN和PNP晶體管、電阻器等。在集成電路生產(chǎn)中擴散和離子注入摻雜是常用的兩種摻雜技術。1擴散原理(1)擴散的本質與擴散方法在集成電路工藝中的擴散指的是在一定溫度下，Ⅲ族元素硼（B）或V族元素磷（P）、砷（AS）等原子能夠克服阻力進入半導體（硅）中并緩慢地移動。進入半導體中的雜質原子有替位式擴散和間隙式擴散兩種方式。

第六節(jié)摻雜技術71(2)兩種表面源的擴散方程的解圖1圖2(3)擴散工藝的主要參數(shù)①薄層電阻。圖3圖4

②PN結結深Xj磨角法Xj=dsinθ圖滾槽法Xj=ab/2R圖(4)雜質的橫向擴散在大規(guī)模集成電路制造工藝中應減小或避免雜質的橫向擴散圖(2)兩種表面源的擴散方程的解圖1圖2722擴散工藝固態(tài)源擴散裝置圖工藝過程為：先是固態(tài)氮化硼源的活化,活化后的氮化硼源與硅片間隔等距離立放在反應室內(nèi)，加熱到960℃擴散,將預淀積后的硅晶片在稀氫氟酸中漂去摻入硼的二氧化硅（硼硅玻璃）層后，繼續(xù)進行再分布擴散.

2擴散工藝733離子注入摻雜技術

離子注入裝置圖①離子源②磁分析器③加速器。④聚焦和掃描器。⑤靶室和偏束板。⑥真空排氣系統(tǒng)和電氣控制器。

3離子注入摻雜技術74(2)離子注入的原理圖(3)離子注入的雜質分布(4)離子注入摻雜技術的特點①被注入的雜質離子是經(jīng)過質量分析器挑選出來的，被選中的離子純度高、能量單一，從而保證了摻雜純度不受雜質源純度的影響。②離子注入可以在較低溫度(400℃)下進行，所以能夠避免熱擴散所引入的晶體缺陷。③離子注入摻雜的均勻性好，可以在較大面積上形成既薄又均勻的摻雜層，而且橫向擴散比熱擴散小得多。④離子注入技術對于注入離子的能量和劑量可以分別獨立地控制，因而可以精確控制摻雜的濃度和摻雜深度。

(2)離子注入的原理圖75

第七節(jié)

光刻工藝1光刻工藝步驟在二氧化硅薄膜上開窗口的光刻工藝步驟圖

光刻工藝流程(1)清洗后的硅片；(2)涂感光膠；(3)前烘；(4)曝光；(5)顯影；(6)堅膜及腐蝕；(7)去膠光刻的流程①清潔處理。②涂感光膠。③前烘。④曝光。⑤顯影。⑥堅膜。⑦腐蝕。⑧去膠。⑨清洗。2常見的幾種光刻方法常用的光刻方法有接觸式光刻、接近式光刻和投影式光刻三種.圖第七節(jié)光刻工藝763超細線條曝光技術

①遠紫外線曝光技術。②電子束曝光技術。③離子束曝光技術。④X射線曝光技術。3超細線條曝光技術77第八節(jié)刻蝕技術

1濕法腐蝕濕法腐蝕就是將晶片置于液態(tài)的化學腐蝕液中進行腐蝕。根據(jù)被腐蝕膜層材料的不同，配制不同的腐蝕液進行腐蝕。①二氧化硅的腐蝕②鋁的腐蝕2干法腐蝕干法腐蝕是使腐蝕劑處于“活性氣態(tài)”情況下，與被腐蝕的晶片表面接觸而實現(xiàn)腐蝕的。干法腐蝕分為等離子體腐蝕、物理腐蝕和反應離子腐蝕三類。第八節(jié)刻蝕技術78淀積工藝

在集成電路制造工藝中，金屬電極膜的淀積方法常用的有真空蒸發(fā)法和濺射法，這兩種方法都屬于物理汽相淀積技術。1真空蒸發(fā)方法①電阻加熱蒸發(fā)圖②電子束蒸發(fā)2濺射技術淀積工藝79表面鈍化技術

為了提高器件穩(wěn)定性和可靠性，主要采取的措施有①摻氯氧化。②摻磷氧化。③氮化硅（Si3N4）鈍化膜。④三氧化二鋁鈍化膜。表面鈍化技術80隔離技術

1雙極型集成電路中的隔離技術(1)PN結隔離圖PN結隔離工藝的優(yōu)點是方法簡單、易于制造、無需特殊技術和設備。但其缺點是：①由于PN結漏電流的存在，隔離性能欠理想。②由于隔離擴散時的橫向擴散，因此要占用較多芯片面積，這對提高集成度不利。③隔離結面積大，由于PN結的電容效應，會影響高頻放大器的頻率響應和高速數(shù)字電路的速度。④PN結隔離的抗輻照能力差，受溫度影響大。這是因為PN結的電特性對溫度和輻射影響靈敏的緣故。隔離技術81(2)PN結對通隔離對通隔離工藝示意圖圖(3)集電極隔離擴散集電極隔離擴散工藝示意圖圖(4)雙極型集成電路中的介質隔離介質隔離工藝示意圖圖氧化；（b）光刻；（c）腐蝕；（d）生成