集成電路工藝技術(shù)

系列講座集成電路工藝技術(shù)講座

第一講集成電路工藝技術(shù)引言和

硅襯底材料引言集成電路工藝技術(shù)發(fā)展趨勢器件等比例縮小原理平面工藝單項工藝工藝整合集成電路制造環(huán)境講座安排集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢特征線寬不斷變細(xì)、集成度不斷提高摩爾定律：芯片上晶體管每一年半翻一番芯片和硅片面積不斷增大數(shù)字電路速度不斷提高結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、功能多元化芯片價格不斷降低IC技術(shù)發(fā)展趨勢(1)

特征線寬隨年代縮小IC技術(shù)發(fā)展趨勢(1)

特征線寬隨年代縮小19881992199519971999200120022005CD(um)1.00.50.350.250.180.150.130.10IC技術(shù)發(fā)展趨勢(1)

集成度不斷提高－摩爾定律IC技術(shù)發(fā)展趨勢(2)

硅片大直徑化直徑mm(inch)75(3)100(4)125(5)150(6)200(8)300(12)引入年代197219751977198419901997IC技術(shù)發(fā)展趨勢(3)

CPU運算能力年代CPU型號運算能力(MIPS)19822861198838681991486201995Pentium1001996Pentium-22501998Pentium-38002001Pentium-42000IC技術(shù)發(fā)展趨勢(4)

結(jié)構(gòu)復(fù)雜化功能多元化BipolarCMOSBiCMOSDMOSBCDIC技技術(shù)發(fā)發(fā)展趨趨勢(5)芯片價價格不不斷降降低MOSFET等等比例例縮小小基本長長溝道道MOSFET器件件特性性短溝道道效應(yīng)應(yīng)*開啟啟電壓壓Vth下下降*漏極極導(dǎo)致致勢壘壘下降降*源漏漏穿通通*亞開開啟電電流增增加基本長長溝道道MOSFET器件件VDPn+n+Qn(y)=-[Vg-V(y)-2]Co+2qNa[2+V(y)]dV=IDdR=IDdy/ZQn(y)ID=Z/LCo{(VG-2-VD/2)VD-2/32qNa/Co[(VD+2)2/3-(2)2/3]}QnVG短溝道道效應(yīng)應(yīng)開啟電電壓降降低輸輸出飽飽和特特性差差LVtVdsIds短溝道道效應(yīng)應(yīng)亞開啟啟電流流增加加VgIdVd=4V1V0.1VMOSFET等等比例例縮小小示意意MOSFET等等比例例縮小小規(guī)則則參數(shù)變量縮小因子幾何尺寸W,L,tox,xj1/λ電壓VDS,VGS1/k摻雜濃度NA,NDλ2/k電場Eλ/k電流IDSλ/k2門延遲Tk/λ2恒電場場和恒恒電壓壓縮小小參數(shù)變量恒電場恒電壓幾何尺寸W,L,tox,xj1/λ1/λ電壓VDS,VGS1/λ1摻雜濃度NA,NDλλ2電場E1λ電流IDS1/λλ門延遲T1/λ1/λ2雙極型型晶體體管的的等比比例縮縮小發(fā)射極極條寬寬k基區(qū)摻摻雜濃濃度k1.6集電區(qū)區(qū)摻雜雜濃度度k2基區(qū)寬寬度k0.8集電區(qū)區(qū)電流流密度度k2門電路路延遲遲時間間k平面工工藝－圖形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移技技術(shù)氧化硅硅光刻膠膠硅襯底底掩膜平面工工藝－－制造二二極管管平面工工藝－－制造二二極管管集成電電路單單項工工藝擴(kuò)散離子注注入光刻刻蝕圖形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移工工藝摻摻雜工工藝外延薄膜工工藝CVD濺射蒸蒸發(fā)工藝整整合雙極集集成電電路*數(shù)字字雙極極集成成電路路－高高速*模擬擬雙極極集成成電路路－精精度（（含電電容，，pnp)CMOS集集成電電路*數(shù)字邏輯，，存儲器CMOS*數(shù)字模擬混混合CMOSBiCMOS集成電路高壓功率MOSBCD集成電電路雙極集成電路路工藝埋層光刻P(111)Sub10-20-cm雙極集成電路路工藝埋層擴(kuò)散P襯底N+埋層雙極集成電路路工藝外延PSubN-EpiN+埋層雙極集成電路路工藝隔離光刻PSubN-EpiN+雙極集成電路路工藝隔離擴(kuò)散N-EpiN+P+P+雙極集成電路路工藝基區(qū)擴(kuò)散N埋層P+P+基區(qū)雙極集成電路路工藝發(fā)射區(qū)擴(kuò)散N+P+P+

pN+N+雙極集成電路路工藝接觸孔光刻N+P+P+

pN+N+雙極集成電路路工藝金屬連線N+P+P+pN+N+集成電路制造造環(huán)境超凈廠房無塵、恒溫、、恒濕超凈水超凈氣體常用氣體(N2、O2、、H2)純度度>99.9999%顆?？刂茋?yán)0.5/L超凈化學(xué)藥品品純度、顆?？乜刂艻C制造環(huán)環(huán)境(1)凈化級別和顆顆粒數(shù)凈化級別顆粒數(shù)／立方英尺0.12um0.2um0.3um0.5um0.289.912.140.870.281357.53110350753010100----7503001001000------------1000凈化室IC制造環(huán)境境(2)超純水極高的電阻率率（導(dǎo)電離子子很少）18M無機(jī)顆粒數(shù)<5ppb(SiO2)總有機(jī)碳（TOC)<20ppb細(xì)菌數(shù)0.1/mlIC制造環(huán)境境(3)超純化學(xué)藥品品DRAM64k256K4M64M1G線寬(um)3.02.01.00.50.25試劑純度10ppm5ppm100ppb80ppb10ppb雜質(zhì)顆粒0.5u0.2u0.1u0.05u0.025u顆粒含量（個／ml)1000100152.51金屬雜質(zhì)1ppm100ppb50ppb講座安排引言和硅襯底底光刻濕法腐蝕和干干法刻蝕擴(kuò)散和熱氧化化離子注入外延CVD金屬化雙極集成電路路工藝技術(shù)CMOS集成成電路工藝技技術(shù)硅襯底材料硅襯底材料CZ(直拉））法生長單晶晶硅片準(zhǔn)備（切切割－研磨－－拋光）晶體缺陷拋光片主要技技術(shù)指標(biāo)從原料到拋光光片原料SIO2多晶硅單晶拋光片蒸餾與還原晶體生長切割／研磨／／拋光起始材料SiC+SiO2Si(固)+SiO(氣)+CO(氣)形成冶冶金級硅MGS(98%)300CSi+3HClSiHCl3(氣)+H2將SiHCl3(室溫下下為液體，沸沸點32C））分餾提純SiHCl3＋H2Si+3HCl產(chǎn)生電子級硅硅EGS(純純度十億分之之一），它是是多晶硅材料料CZ(直拉））法生長單晶晶石墨基座晶體RF線圈熔融硅石英坩堝籽晶分凝系數(shù)平衡分凝系數(shù)數(shù)k=Cs/Cl硼0.8磷磷0.35砷砷0.3銻銻0.023LiquidSolidCsCl摻雜物質(zhì)的分分布Cs=k0C0(1-M/M0)k0-1K=10.10.01Cs/C0凝固分?jǐn)?shù)M/M010-11.010-2有效分凝系數(shù)數(shù)ke=Cs/Cl（Cl為遠(yuǎn)離界面處處液體的雜質(zhì)質(zhì)濃度）＝ko/[ko+(1-ko)exp(-v/D)]v拉伸速速度粘滯層層厚度D融體中摻摻雜劑擴(kuò)散系系數(shù)提高v，減少少轉(zhuǎn)速（增加加）或或不斷加入入高純度多晶晶硅可可使ke接近1硅片準(zhǔn)備滾圓和做基準(zhǔn)準(zhǔn)面切片(線切割），倒角（防止產(chǎn)生缺缺陷）腐蝕去除沾污和損損傷層(HNO3+HF+醋酸)磨片和化學(xué)機(jī)機(jī)械拋光（NaOH＋＋SiO2，，去除表面缺缺陷）清洗（去除殘留沾沾污）NH3OH＋＋H2O2，，HCl＋＋H2O2,H2SO4＋H2O2硅片的定位面面(111)n(111)p(100)n(100)p硅片的定位面面／定位槽100mm硅硅片主主定位面，，副定位面150mm硅片主定定位面200mm以上硅片定位位槽金剛石晶體結(jié)結(jié)構(gòu)晶體缺陷點缺陷空位，間隙原原子，替位雜雜質(zhì)線缺陷位錯面缺陷層錯體缺陷沉淀，夾雜點缺陷位錯刃型位錯位錯螺旋位錯滑移線滑移線腐蝕坑坑層錯CBACBACBABACABACBAOISFESF(EpiStackingFaults)(111)ESF(EpiStackingFaults)(100)氧沉淀–氧氧在硅中固溶溶度10191018101710161015氧固溶度cm-3678910104/T(K-1)Arrhenius關(guān)系系Cox=2x1021exp(-1.032/kT)BMD(BulkMicroDefects)缺陷的兩重性性缺陷往往是復(fù)復(fù)合中心，是是PN結(jié)漏電電和低擊穿的的原因，特別別是缺陷和重重金屬的交互互作用會加深深這種作用（（降低壽命））所以不希望望在有源區(qū)有有缺陷。在非有源區(qū)，，缺陷能吸引引雜質(zhì)聚集，，即有吸雜作作用，是有好好處的。吸雜(Gettering)吸雜－晶體中的雜雜質(zhì)和缺陷擴(kuò)擴(kuò)散并被俘獲獲在吸雜中心心非本征吸雜：：在遠(yuǎn)遠(yuǎn)離有源區(qū)（（如背面）引引入應(yīng)變或損損傷區(qū)本征吸雜：利利用硅片體內(nèi)內(nèi)氧沉淀，點點缺陷和殘余余雜質(zhì)（如重重金屬）被俘俘獲和限制在在沉淀處，從從而降低有源源區(qū)的濃度。。DZ(DenudedZone)拋光片主要技技術(shù)指標(biāo)晶體參數(shù)-晶向(111)/(100)電學(xué)參數(shù)-摻雜類型／摻摻雜劑P/N-電阻率機(jī)械參數(shù)－直徑／厚度度150mm/67515um-平整度/彎曲曲度／翹曲度度拋光片主要技技術(shù)指標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)－含氧量含碳量量283ppma－含碳量<0.5ppma位錯密度<10/cm2－層錯密度<50/cm2-表面顆粒粒>0.3um<15pcs/wafer－重金屬雜質(zhì)質(zhì)壽壽命9、靜夜四無無鄰，荒居居舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。22:11:0122:11:0122:1112/7/202210:11:01PM11、以我獨獨沈久，，愧君相相見頻。。。12月-2222:11:0122:11Dec-2207-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。22:11:0122:11:0122:11Wednesday,December7,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月-2212月-2222:11:0122:11:01December7,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。07十二月月202210:11:01下午午22:11:0112月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月2210:11下下午午12月月-2222:11December7,202216、行動出成成果，工作作出財富。。。2022/12/722:11:0122:11:0107December202217、做前，，能夠環(huán)環(huán)視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。10:11:01下下午10:11下下午22:11:0112月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。22:11:0122:11:0122:1112/7/202210:11:01PM11、成功就是是日復(fù)一日日那一點點點小小努力力的積累。。。12月-2222:11:0122:11Dec-2207-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。22:11:0122:11:0122:11Wednesday,December7,202213、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。12月-2212月-2222:11:0122:11:01December7,202214、意志志堅強(qiáng)強(qiáng)的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥塊一一樣任任意揉揉捏。。07十十二二月202210:11:01下下午午22:11:0112月月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荊荊門門九九派派通通。。。。。十二二月月2210:11下下午午12月月-2222:11December7,202216、少年十五二二十時，步行行奪得胡馬騎騎。。2022/12/722:11:0122:11:0107December202217、空山山新雨雨后，，天氣氣晚來來秋。。。10:11:01下下午午10:11下下午22:11:0112月月-229、楊柳散散和風(fēng)，，青山澹澹吾慮。。。12月-2212月-22Wednesday,December7,202210、閱讀一切好好書如同和過過去最杰出的的人談話。22:11:0122:11:0122:1112/7/202210:11:01PM11、越越是是沒沒有有本本領(lǐng)領(lǐng)的的就就越越加加自自命命不不凡凡。。12月月-2222:11:0122:11Dec-2207-Dec-2212、越是是無能能的人人，越越