第四章集成電路制造工藝集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架設(shè)計(jì)芯片檢測單晶、外延資料掩膜版芯片制造過程封裝測試系統(tǒng)需求集成電路的設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)創(chuàng)意+仿真驗(yàn)證集成電路芯片設(shè)計(jì)過程框架From吉利久教授是功能要求行為設(shè)計(jì)〔VHDL〕行為仿真綜合、優(yōu)化——網(wǎng)表時(shí)序仿真規(guī)劃布線——幅員后仿真否是否否是Singoff—設(shè)計(jì)業(yè)——制造業(yè)—芯片制造過程

由氧化、淀積、離子注入或蒸發(fā)構(gòu)成新的薄膜或膜層曝光刻蝕硅片測試和封裝用掩膜版反復(fù)20-30次AA集成電路芯片的顯微照片集成電路的內(nèi)部單元(俯視圖)N溝道MOS晶體管CMOS集成電路(互補(bǔ)型MOS集成電路)：目前運(yùn)用最為廣泛的一種集成電路，約占集成電路總數(shù)的95%以上。集成電路制造工藝圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，將各種雜質(zhì)摻雜在需求的位置上，構(gòu)成晶體管、接觸等制膜：制造各種資料的薄膜圖形轉(zhuǎn)換：光刻光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)光刻膠又叫光致抗蝕劑，它是由光敏化合物、基體樹脂和有機(jī)溶劑等混合而成的膠狀液體光刻膠遭到特定波長光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)構(gòu)造發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改動(dòng)正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，普通只采用正膠負(fù)膠：分辨率差，適于加工線寬≥3m的線條正膠：曝光后可溶負(fù)膠：曝光后不可溶圖形轉(zhuǎn)換：光刻幾種常見的光刻方法接觸式光刻：分辨率較高，但是容易呵斥掩膜版和光刻膠膜的損傷。接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙(10～25m)，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用的最多的曝光方式三種光刻方式圖形轉(zhuǎn)換：光刻超細(xì)線條光刻技術(shù)甚遠(yuǎn)紫外線(EUV)電子束光刻X射線離子束光刻圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù)濕法刻蝕：利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液經(jīng)過化學(xué)反響進(jìn)展刻蝕的方法干法刻蝕：主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等)與資料發(fā)生化學(xué)反響或經(jīng)過轟擊等物理作用而到達(dá)刻蝕的目的圖形轉(zhuǎn)換：刻蝕技術(shù)濕法腐蝕：濕法化學(xué)刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛運(yùn)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、反復(fù)性好、消費(fèi)效率高、設(shè)備簡單、本錢低缺陷是鉆蝕嚴(yán)重、對(duì)圖形的控制性較差干法刻蝕濺射與離子束銑蝕：經(jīng)過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差等離子刻蝕(PlasmaEtching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與資料發(fā)生化學(xué)反響，構(gòu)成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各向異性較差反響離子刻蝕(ReactiveIonEtching，簡稱為RIE)：經(jīng)過活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反響雙重作用刻蝕。具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)。目前，RIE已成為VLSI工藝中運(yùn)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)分散與離子注入摻雜：將需求的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以到達(dá)改動(dòng)半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，構(gòu)成PN結(jié)、電阻、歐姆接觸磷(P)、砷(As)——N型硅硼(B)——P型硅摻雜工藝：分散、離子注入擴(kuò)散替位式分散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素普通要在很高的溫度(950～1280℃)下進(jìn)展磷、硼、砷等在二氧化硅層中的分散系數(shù)均遠(yuǎn)小于在硅中的分散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)分散的掩蔽層間隙式分散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素分散系數(shù)要比替位式分散大6～7個(gè)數(shù)量級(jí)雜質(zhì)橫向分散表示圖固態(tài)源分散：如B2O3、P2O5、BN等利用液態(tài)源進(jìn)展分散的安裝表示圖離子注入離子注入：將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù)，摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決議，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決議摻雜的均勻性好溫度低：小于600℃可以準(zhǔn)確控制雜質(zhì)分布可以注入各種各樣的元素橫向擴(kuò)展比分散要小得多?？梢詫?duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)展摻雜離子注入系統(tǒng)的原理表示圖離子注入到無定形靶中的高斯分布情況退火退火：也叫熱處置，集成電路工藝中一切的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)展的熱處置過程都可以稱為退火。激活雜質(zhì)：使不在晶格位置上的離子運(yùn)動(dòng)到晶格位置，以便具有電活性，產(chǎn)生自在載流子，起到雜質(zhì)的作用消除損傷退火方式：爐退火快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、延續(xù)波激光、非相關(guān)寬帶頻光源(如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設(shè)備等)氧化工藝氧化：制備SiO2層SiO2的性質(zhì)及其作用SiO2是一種非常理想的電絕緣資料，它的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，室溫下它只與氫氟酸發(fā)生化學(xué)反響氧化硅層的主要作用在MOS電路中作為MOS器件的絕緣柵介質(zhì)，器件的組成部分分散時(shí)的掩蔽層，離子注入的(有時(shí)與光刻膠、Si3N4層一同運(yùn)用)阻撓層作為集成電路的隔離介質(zhì)資料作為電容器的絕緣介質(zhì)資料作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)資料作為對(duì)器件和電路進(jìn)展鈍化的鈍化層資料SiO2的制備方法熱氧化法干氧氧化水蒸汽氧化濕氧氧化干氧－濕氧－干氧(簡稱干濕干)氧化法氫氧合成氧化化學(xué)氣相淀積法熱分解淀積法濺射法進(jìn)展干氧和濕氧氧化的氧化爐表示圖化學(xué)汽相淀積(CVD)化學(xué)汽相淀積(ChemicalVaporDeposition)：經(jīng)過氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反響在襯底上淀積一層薄膜資料的過程CVD技術(shù)特點(diǎn)：具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和反復(fù)性好、臺(tái)階覆蓋優(yōu)良、適用范圍廣、設(shè)備簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)CVD方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需求的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬)等化學(xué)汽相淀積(CVD)常壓化學(xué)汽相淀積(APCVD)低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)等離子加強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)APCVD反響器的構(gòu)造表示圖LPCVD反響器的構(gòu)造表示圖平行板型PECVD反響器的構(gòu)造表示圖化學(xué)汽相淀積(CVD)單晶硅的化學(xué)汽相淀積(外延)：普通地，將在單晶襯底上生長單晶資料的工藝叫做外延，生長有外延層的晶體片叫做外延片二氧化硅的化學(xué)汽相淀積：可以作為金屬化時(shí)的介質(zhì)層，而且還可以作為離子注入或分散的掩蔽膜，甚至還可以將摻磷、硼或砷的氧化物用作分散源低溫CVD氧化層：低于500℃中等溫度淀積：500～800℃高溫淀積：900℃左右化學(xué)汽相淀積(CVD)多晶硅的化學(xué)汽相淀積：利用多晶硅替代金屬鋁作為MOS器件的柵極是MOS集成電路技術(shù)的艱苦突破之一，它比利用金屬鋁作為柵極的MOS器件性能得到很大提高，而且采用多晶硅柵技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)源漏區(qū)自對(duì)準(zhǔn)離子注入，使MOS集成電路的集成度得到很大提高。氮化硅的化學(xué)汽相淀積：中等溫度(780～820℃)的LPCVD或低溫(300℃)PECVD方法淀積物理氣相淀積(PVD)蒸發(fā)：在真空系統(tǒng)中，金屬原子獲得足夠的能量后便可以脫離金屬外表的束縛成為蒸汽原子，淀積在晶片上。按照能量來源的不同，有燈絲加熱蒸發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種濺射：真空系統(tǒng)中充入惰性氣體，在高壓電場作用下，氣體放電構(gòu)成的離子被強(qiáng)電場加速，轟擊靶資料，使靶原子逸出并被濺射到晶片上蒸發(fā)原理圖集成電路工藝圖形轉(zhuǎn)換：光刻：接觸光刻、接近光刻、