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(xiàng)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(jià)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(yùn)算能力年代CPU型號(hào)運(yùn)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(jià)價(jià)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短溝溝道道效效應(yīng)應(yīng)開啟啟電電壓壓降降低低輸輸出出飽飽和和特特性性差差LVtVdsIds短溝道效效應(yīng)亞開啟電電流增加加VgIdVd=4V1V0.1VMOSFET等等比例縮縮小示意意MOSFET等等比例縮縮小規(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恒電場和和恒電壓壓縮小參數(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雙極型晶晶體管的的等比例例縮小發(fā)射極條條寬k基區(qū)摻雜雜濃度k1.6集電區(qū)摻摻雜濃度度k2基區(qū)寬度度k0.8集電區(qū)電電流密度度k2門電路延延遲時(shí)間間k平面工藝藝－圖形轉(zhuǎn)移移技術(shù)氧化硅光刻膠硅襯底掩膜平面工藝藝－制造二極極管平面工藝藝－制造二極極管集成電路路單項(xiàng)工工藝擴(kuò)散離子注入入光刻刻蝕圖形轉(zhuǎn)移移工藝摻摻雜雜工藝外延薄膜工藝藝CVD濺射蒸發(fā)發(fā)工藝整合合雙極集成成電路*數(shù)字雙雙極集成成電路－－高速*模擬雙雙極集成成電路－－精度（（含電容容，pnp)CMOS集成電電路*數(shù)字邏邏輯，存存儲(chǔ)器CMOS*數(shù)字模模擬混合合CMOSBiCMOS集集成電路路高壓功率率MOSBCD集集成電路路雙極集成成電路工工藝埋層光光刻P(111)Sub10-20-cm雙極集集成電電路工工藝埋層擴(kuò)擴(kuò)散P襯襯底底N+埋埋層層雙極集集成電電路工工藝外延PSubN-EpiN+埋層雙極集集成電電路工工藝隔離光光刻PSubN-EpiN+雙極集集成電電路工工藝隔離擴(kuò)擴(kuò)散N-EpiN+P+P+雙極集集成電電路工工藝基區(qū)擴(kuò)擴(kuò)散N埋層P+P+基區(qū)雙極集集成電電路工工藝發(fā)射區(qū)區(qū)擴(kuò)散散N+P+P+

pN+N+雙極集集成電電路工工藝接觸孔孔光刻刻N(yùn)+P+P+

pN+N+雙極集集成電電路工工藝金屬連連線N+P+P+pN+N+集成電電路制制造環(huán)環(huán)境超凈廠廠房無塵、、恒溫溫、恒恒濕超凈水超凈氣體常用氣體(N2、O2、H2)純度>99.9999%顆粒控制嚴(yán)嚴(yán)0.5/L超凈化學(xué)藥藥品純度、顆粒粒控制IC制造造環(huán)境(1)凈化級(jí)別和和顆粒數(shù)凈化級(jí)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)環(huán)境(2)超純水極高的電阻阻率（導(dǎo)電電離子很少少）18M無機(jī)顆粒數(shù)數(shù)<5ppb(SiO2)總有機(jī)碳（（TOC)<20ppb細(xì)菌數(shù)0.1/mlIC制造環(huán)環(huán)境(3)超純化學(xué)藥藥品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(gè)／ml)1000100152.51金屬雜質(zhì)1ppm100ppb50ppb講座安排引言和硅襯襯底光刻濕法腐蝕和和干法刻蝕蝕擴(kuò)散和熱氧氧化離子注入外延CVD金屬化雙極集成電電路工藝技技術(shù)CMOS集集成電路工工藝技術(shù)硅襯底材料料硅襯底材料料CZ(直拉拉）法生長長單晶硅片準(zhǔn)備（（切割－研研磨－拋光光）晶體缺陷拋光片主要要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)從原料到拋拋光片原料SIO2多晶硅單晶拋光片蒸餾與還原原晶體生長切割／研磨磨／拋光起始材料SiC+SiO2Si(固)+SiO(氣)+CO(氣)形成成冶冶金金級(jí)級(jí)硅硅MGS(98%)300CSi+3HClSiHCl3(氣氣)+H2將SiHCl3(室室溫溫下下為為液液體體，，沸沸點(diǎn)點(diǎn)32C））分分餾餾提提純純SiHCl3＋＋H2Si+3HCl產(chǎn)生生電電子子級(jí)級(jí)硅硅EGS(純純度度十十億億分分之之一一）），，它它是是多多晶晶硅硅材材料料CZ(直直拉拉））法法生生長長單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硅片主主定位位面200mm以以上硅片定定位槽槽金剛石石晶體體結(jié)構(gòu)構(gòu)晶體缺缺陷點(diǎn)缺陷陷空位，，間隙隙原子子，替替位雜雜質(zhì)線缺陷陷位錯(cuò)面缺陷陷層錯(cuò)體缺陷陷沉淀，，夾雜雜點(diǎn)缺陷陷位錯(cuò)刃型位位錯(cuò)位錯(cuò)螺旋位位錯(cuò)滑移線線滑移線線腐蝕蝕坑層錯(cuò)CBACBACBABACABACBAOISFESF(EpiStackingFaults)(111)ESF(EpiStackingFaults)(100)氧沉淀淀––氧在在硅中中固溶溶度10191018101710161015氧固溶度度cm-3678910104/T(K-1)Arrhenius關(guān)關(guān)系Cox=2x1021exp(-1.032/kT)BMD(BulkMicroDefects)缺陷的兩兩重性缺陷往往往是復(fù)合合中心，，是PN結(jié)漏電電和低擊擊穿的原原因，特特別是缺缺陷和重重金屬的的交互作作用會(huì)加加深這種種作用（（降低壽壽命）所所以不希希望在有有源區(qū)有有缺陷。。在非有源源區(qū)，缺缺陷能吸吸引雜質(zhì)質(zhì)聚集，，即有吸吸雜作用用，是有有好處的的。吸雜(Gettering)吸雜－晶體中中的雜質(zhì)質(zhì)和缺陷陷擴(kuò)散并并被俘獲獲在吸雜雜中心非本征吸吸雜：在在遠(yuǎn)離有有源區(qū)（（如背面面）引入入應(yīng)變或或損傷區(qū)區(qū)本征吸雜雜：利用用硅片體體內(nèi)氧沉沉淀，點(diǎn)點(diǎn)缺陷和和殘余雜雜質(zhì)（如如重金屬屬）被俘俘獲和限限制在沉沉淀處，，從而降降低有源源區(qū)的濃濃度。DZ(DenudedZone)拋光片主主要技術(shù)術(shù)指標(biāo)晶體參數(shù)數(shù)-晶向(111)/(100)電學(xué)參數(shù)數(shù)-摻雜類型型／摻雜雜劑P/N-電阻率機(jī)械參數(shù)數(shù)－直徑／／厚度150mm/67515um-平整度/彎曲度度／翹曲曲度拋光片主主要技術(shù)術(shù)指標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)－含氧量含含碳量283ppma－含碳量<0.5ppma位錯(cuò)密度度<10/cm2－層錯(cuò)密密度<50/cm2-表面面顆粒>0.3um<15pcs/wafer－重金屬屬雜質(zhì)壽壽命命9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。22:04:5922:04:5922:0412/29/202210:04:59PM11、以我我獨(dú)沈沈久，，愧君君相見見頻。。。12月月-2222:04:5922:04Dec-2229-Dec-2212、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。22:04:5922:04:5922:04Thursday,December29,202213、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。12月-2212月-2222:04:5922:04:59December29,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。29十二月月202210:04:59下午午22:04:5912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2210:04下下午午12月月-2222:04December29,202216、行行動(dòng)動(dòng)出出成成果果，，工工作作出出財(cái)財(cái)富富。。。。2022/12/2922:04:5922:04:5929December202217、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時(shí)，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點(diǎn)的射線線向前。。10:04:59下午午10:04下下午22:04:5912月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時(shí)時(shí)停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、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。。。。22:04:5922:04:5922:0412/29/202210:04:59PM11、成功就是是日復(fù)一日日那一點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)小小努力力的積累。。。12月-2222:04:5922:04Dec-2229-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對(duì)圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。22:04:5922:05:0022:05Thursday,December29,202213、不知知香積積寺，，數(shù)里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2222:05:0022:05:00December29,202214、意志堅(jiān)堅(jiān)強(qiáng)的人人能把世世界放在在手中像像泥塊一一樣任意意揉捏。。29十十二月202210:05:00下下午22:05:0012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2210:05下下午午12月月-2222:05December29,202216、少少年年十十五五二二十十時(shí)時(shí)，，步步行行奪奪得得胡胡馬馬騎騎。。。。2022/12/2922:05:0022:05:0029December202217、空山新新雨后，，天氣晚晚來秋。。。10:05:00下下午10:05下下午22:05:0012月-229、楊柳柳散和和風(fēng)，，青山山澹吾吾慮。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、閱讀一切好好書如同和過過去最杰出的的人談話。22:05:0022:05:0022:0512/29/202210:05:00PM11、越越是是沒沒有有本本領(lǐng)領(lǐng)的