微電子學(xué)概論chap課件

1、微電子學(xué)概論chap微電子學(xué)概論chapl 集成電路的制造需要非常復(fù)雜的技術(shù)，它主要由集成電路的制造需要非常復(fù)雜的技術(shù)，它主要由半導(dǎo)體物理與器件專業(yè)負(fù)責(zé)研究。半導(dǎo)體物理與器件專業(yè)負(fù)責(zé)研究。VLSI設(shè)計(jì)者可設(shè)計(jì)者可以不去深入研究，但是作為從事系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師，以不去深入研究，但是作為從事系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師，有必要了解芯片設(shè)計(jì)中的工藝基礎(chǔ)知識(shí)，才能根據(jù)有必要了解芯片設(shè)計(jì)中的工藝基礎(chǔ)知識(shí)，才能根據(jù)工藝技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)方案。對(duì)于電路和系工藝技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)方案。對(duì)于電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，更多關(guān)注的是工藝制造的能力，而統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，更多關(guān)注的是工藝制造的能力，而不是工藝的具體實(shí)施過程。不是工藝

2、的具體實(shí)施過程。l 由于系統(tǒng)芯片由于系統(tǒng)芯片SOC（System On Chip）的出現(xiàn)，給的出現(xiàn)，給IC設(shè)計(jì)者提出了更高的要求，也面臨著新的挑戰(zhàn)：設(shè)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求，也面臨著新的挑戰(zhàn)：設(shè)計(jì)者不僅要懂系統(tǒng)、電路，也要懂工藝、制造。計(jì)者不僅要懂系統(tǒng)、電路，也要懂工藝、制造。學(xué)習(xí)工藝的必要性學(xué)習(xí)工藝的必要性微電子學(xué)概論chap集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架集成電路設(shè)計(jì)與制造的主要流程框架設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)芯片檢測(cè)芯片檢測(cè)單晶、外單晶、外延材料延材料掩膜版掩膜版芯片制芯片制造過程造過程封裝封裝測(cè)試測(cè)試 系統(tǒng)需求系統(tǒng)需求包括功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)包括功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、掩膜版圖設(shè)、電路設(shè)計(jì)、掩膜版

3、圖設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真（后面章計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真（后面章節(jié)討論）。節(jié)討論）。微電子學(xué)概論chap集成電路的設(shè)計(jì)過程：集成電路的設(shè)計(jì)過程： 設(shè)計(jì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)創(chuàng)意 + + 仿真驗(yàn)證仿真驗(yàn)證集成電路芯片設(shè)計(jì)過程框架集成電路芯片設(shè)計(jì)過程框架From 吉利久教授吉利久教授是是功能要求功能要求行為設(shè)計(jì)（行為設(shè)計(jì)（VHDL）行為仿真行為仿真綜合、優(yōu)化綜合、優(yōu)化網(wǎng)表網(wǎng)表時(shí)序仿真時(shí)序仿真布局布線布局布線版圖版圖后仿真后仿真否否是是否否否否是是Sing off設(shè)計(jì)業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)微電子學(xué)概論chap制造業(yè)制造業(yè)芯片制造過程芯片制造過程AA微電子學(xué)概論chap直拉單晶硅直拉單晶硅微電子學(xué)概論chap由氧化、淀積、離子注入或蒸由氧化、淀

4、積、離子注入或蒸發(fā)形成新的薄膜或膜層發(fā)形成新的薄膜或膜層曝曝 光光刻刻 蝕蝕硅片硅片測(cè)試和封裝測(cè)試和封裝用掩膜版用掩膜版重復(fù)重復(fù)20-30次次微電子學(xué)概論chap微電子學(xué)概論chap集成電路芯片的顯微照片集成電路芯片的顯微照片微電子學(xué)概論chapVsspoly 柵Vdd布線通道參考孔有源區(qū)N+P+微電子學(xué)概論chapN溝道溝道MOS晶體管晶體管微電子學(xué)概論chapCMOS集成電路集成電路(互補(bǔ)型互補(bǔ)型MOS集成電路集成電路)：目前應(yīng)用最為廣泛的一種集成電路，約占目前應(yīng)用最為廣泛的一種集成電路，約占集成電路總數(shù)的集成電路總數(shù)的95%以上。以上。微電子學(xué)概論chap微電子學(xué)概論chap4.1 集成

5、電路制造工藝集成電路制造工藝圖形轉(zhuǎn)換：圖形轉(zhuǎn)換：將設(shè)計(jì)在掩膜版將設(shè)計(jì)在掩膜版(類似于照類似于照相底片相底片)上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上上的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體單晶片上摻雜：摻雜：根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，將各種雜質(zhì)摻雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等雜在需要的位置上，形成晶體管、接觸等制膜：制膜：制作各種材料的薄膜制作各種材料的薄膜微電子學(xué)概論chap一、圖形轉(zhuǎn)換：光刻一、圖形轉(zhuǎn)換：光刻光刻三要素：光刻三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)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)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

6、的溶劑等混合而成的膠狀液體。膠狀液體。光刻膠是對(duì)光、電子束或者光刻膠是對(duì)光、電子束或者x線等敏感，具有在顯影液中溶解性變化的性質(zhì)，同線等敏感，具有在顯影液中溶解性變化的性質(zhì)，同時(shí)具有耐腐蝕性的材料。光刻膠有正型和負(fù)型兩種。時(shí)具有耐腐蝕性的材料。光刻膠有正型和負(fù)型兩種。正型光刻膠受紫外線照射，其感光的部分發(fā)生光分解正型光刻膠受紫外線照射，其感光的部分發(fā)生光分解反應(yīng)溶于顯影液，末感光的部分顯影后仍然留在基片反應(yīng)溶于顯影液，末感光的部分顯影后仍然留在基片的表面。與此相反，負(fù)型光刻膠的未感光的部分溶于的表面。與此相反，負(fù)型光刻膠的未感光的部分溶于顯影液中，而感光部分顯影后仍留在基片表面。顯影液中，而感

7、光部分顯影后仍留在基片表面。?光刻膠受到特定波長(zhǎng)光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)光刻膠受到特定波長(zhǎng)光線的作用后，導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的發(fā)生變化，使光刻膠在某種特定溶液中的溶解特性改溶解特性改變變正膠：正膠：分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般分辨率高，在超大規(guī)模集成電路工藝中，一般只采用正膠只采用正膠負(fù)膠：負(fù)膠：分辨率差，適于加工線寬分辨率差，適于加工線寬3 m的線條的線條微電子學(xué)概論chap正膠：曝光正膠：曝光后可溶后可溶負(fù)膠：曝光負(fù)膠：曝光后不可溶后不可溶光刻工藝流程示意圖光刻工藝流程示意圖微電子學(xué)概論chap光刻工藝（光刻工藝（Photolithography

8、) 將電路圖形轉(zhuǎn)移到晶片上將電路圖形轉(zhuǎn)移到晶片上Design = Mask （掩膜） = Wafer（晶片）微電子學(xué)概論chap光刻需要的掩模光刻需要的掩模CMOS電路版圖和斷面構(gòu)造電路版圖和斷面構(gòu)造版圖版圖 Layout掩模掩模 MaskCMOS工藝中使用的掩模工藝中使用的掩模（與左圖對(duì)應(yīng)）（與左圖對(duì)應(yīng)）微電子學(xué)概論chapIC由不同層次的材料組成的。每一層上的圖形各不由不同層次的材料組成的。每一層上的圖形各不相同。在每一層上形成不同圖形的過程叫光刻。相同。在每一層上形成不同圖形的過程叫光刻。版圖版圖由代表不同類型由代表不同類型“層層”的多邊形組成。的多邊形組成。在在IC工藝中制作每一層時(shí)，

9、都需要用掩模板來確定工藝中制作每一層時(shí)，都需要用掩模板來確定在什么位置進(jìn)行摻雜、腐蝕、氧化等。光刻是定域在什么位置進(jìn)行摻雜、腐蝕、氧化等。光刻是定域半導(dǎo)體面積的一種手段。在此確定的面積上，進(jìn)行半導(dǎo)體面積的一種手段。在此確定的面積上，進(jìn)行工藝加工。工藝加工。光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出光刻的目的就是在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與與MaskMask上完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形，從而實(shí)現(xiàn)選擇性摻上完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形，從而實(shí)現(xiàn)選擇性摻雜雜、腐蝕、氧化等、腐蝕、氧化等目的目的微電子學(xué)概論chap光刻工序：光刻膠的涂覆光刻工序：光刻膠的涂覆爆光爆光顯影顯影刻蝕刻蝕去膠去膠光刻的基本要素是掩模板和

10、光刻膠。光刻的基本要素是掩模板和光刻膠。微電子學(xué)概論chap三種光刻方式三種光刻方式微電子學(xué)概論chap二、幾種常見的光刻方法二、幾種常見的光刻方法?接觸式光刻：接觸式光刻：分辨率較高，但是容易造分辨率較高，但是容易造成掩膜版和光刻膠膜的損傷。成掩膜版和光刻膠膜的損傷。?接近式曝光：接近式曝光：在硅片和掩膜版之間有一在硅片和掩膜版之間有一個(gè)很小的間隙個(gè)很小的間隙(1025 m)，可以大大減，可以大大減小掩膜版的損傷，分辨率較低小掩膜版的損傷，分辨率較低?投影式曝光：投影式曝光：利用透鏡或反射鏡將掩膜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，版上的圖形投影到襯底上的曝光方法，目前用

11、的最多的曝光方式目前用的最多的曝光方式微電子學(xué)概論chap三、超細(xì)線條光刻技術(shù)三、超細(xì)線條光刻技術(shù)?甚遠(yuǎn)紫外線甚遠(yuǎn)紫外線(EUV) (EUV) ?電子束光刻電子束光刻 ?X X射線射線?離子束光刻離子束光刻微電子學(xué)概論chap 經(jīng)過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是經(jīng)過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是器件的最終組成部分，光刻只是在光刻膠上形器件的最終組成部分，光刻只是在光刻膠上形成臨時(shí)圖形。為了得到集成電路真正需要的圖成臨時(shí)圖形。為了得到集成電路真正需要的圖形，必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。完形，必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。完成這種圖形轉(zhuǎn)換的方法之一就是將未被光刻膠成這種圖形轉(zhuǎn)換的方法

12、之一就是將未被光刻膠掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。 常用的腐蝕方法分為常用的腐蝕方法分為濕法刻蝕和干濕法刻蝕和干法刻蝕法刻蝕微電子學(xué)概論chap四、刻蝕技術(shù)四、刻蝕技術(shù)濕法刻蝕：濕法刻蝕：利用液態(tài)化學(xué)試劑或利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法溶液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法干法刻蝕：干法刻蝕：主要指利用低壓放電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、原子及各種原處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等子基團(tuán)等) )與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的過轟擊

13、等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的微電子學(xué)概論chap1. 濕法腐蝕：濕法腐蝕： 利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)利用液態(tài)化學(xué)試劑或溶液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法，行刻蝕的方法，用在線條較大的用在線條較大的IC(3 m)；優(yōu)點(diǎn)：選擇性好；重復(fù)性好；生產(chǎn)效率高；優(yōu)點(diǎn)：選擇性好；重復(fù)性好；生產(chǎn)效率高；設(shè)備簡(jiǎn)單；成本低；設(shè)備簡(jiǎn)單；成本低；缺點(diǎn)：鉆蝕嚴(yán)重；對(duì)圖形的控制性差；缺點(diǎn)：鉆蝕嚴(yán)重；對(duì)圖形的控制性差；廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體工藝中：磨片、拋光、清廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體工藝中：磨片、拋光、清洗、腐蝕；洗、腐蝕；微電子學(xué)概論chap2. 干法刻蝕干法刻蝕主要有主要有濺射與離子束刻蝕濺射與離子束刻蝕、等離子刻蝕等離子刻

14、蝕、反應(yīng)離子刻蝕反應(yīng)離子刻蝕等。等。 濺射與離子束刻蝕：濺射與離子束刻蝕：通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕通過高能惰性氣體離子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性性好，但選擇性較差各向異性性好，但選擇性較差 等離子刻蝕等離子刻蝕(Plasma Etching)：利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實(shí)現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對(duì)襯底損傷較小，但各向異性較差向異性較差 反應(yīng)離子刻蝕反應(yīng)離子刻蝕(Reactive Ion Etching，簡(jiǎn)稱為，簡(jiǎn)稱為RIE)：通過活性通過活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)

15、反應(yīng)雙重作用刻蝕。具有濺射離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)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，好的優(yōu)點(diǎn)。目前，RIE已成為已成為VLSI工藝中應(yīng)用最廣泛的主流工藝中應(yīng)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)刻蝕技術(shù) 干法刻蝕：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游離基( (處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等) )與材料與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過轟擊等物理作用

16、而達(dá)到刻蝕的目的。 優(yōu)點(diǎn)：各項(xiàng)異性好，可以高保真的轉(zhuǎn)移光刻圖形；優(yōu)點(diǎn)：各項(xiàng)異性好，可以高保真的轉(zhuǎn)移光刻圖形；微電子學(xué)概論chap4.2 擴(kuò)散與離子注入擴(kuò)散與離子注入摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的摻雜：將需要的雜質(zhì)摻入特定的半導(dǎo)體區(qū)域中，以達(dá)到改變半導(dǎo)半導(dǎo)體區(qū)域中，以達(dá)到改變半導(dǎo)體電學(xué)性質(zhì)，形成體電學(xué)性質(zhì)，形成PN結(jié)、電阻、結(jié)、電阻、歐姆接觸歐姆接觸磷磷(P)、砷、砷(As) N型硅型硅硼硼(B) P型硅型硅摻雜工藝：擴(kuò)散、離子注入摻雜工藝：擴(kuò)散、離子注入微電子學(xué)概論chap一一. 擴(kuò)擴(kuò) 散散 擴(kuò)散法（擴(kuò)散法（diffusion）是將摻雜氣體導(dǎo)入放有硅片的高溫爐中，）是將摻雜氣體導(dǎo)入放有硅片的高溫

17、爐中，將雜質(zhì)擴(kuò)散到硅片內(nèi)的一種方法。有以下兩種擴(kuò)散方式：將雜質(zhì)擴(kuò)散到硅片內(nèi)的一種方法。有以下兩種擴(kuò)散方式：替位式擴(kuò)散：替位式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：?、族元素族元素?一般要在很高的溫度一般要在很高的溫度(9501280)下進(jìn)行下進(jìn)行?磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴(kuò)散系數(shù)均遠(yuǎn)小于在硅中磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴(kuò)散系數(shù)均遠(yuǎn)小于在硅中的擴(kuò)散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽層的擴(kuò)散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽層間隙式擴(kuò)散：間隙式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙：雜質(zhì)離子位于晶格間隙：?Na、K、Fe、Cu、Au 等元素等元素?擴(kuò)散系數(shù)要比替位式擴(kuò)散大擴(kuò)散系數(shù)

18、要比替位式擴(kuò)散大67個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí)對(duì)于雜質(zhì)擴(kuò)散，除了縱向擴(kuò)散（向垂直硅表面方向擴(kuò)散）外，對(duì)于雜質(zhì)擴(kuò)散，除了縱向擴(kuò)散（向垂直硅表面方向擴(kuò)散）外，還有橫向擴(kuò)散（向側(cè)面擴(kuò)散）。還有橫向擴(kuò)散（向側(cè)面擴(kuò)散）。微電子學(xué)概論chap雜質(zhì)橫向擴(kuò)散示意圖雜質(zhì)橫向擴(kuò)散示意圖立體示意圖立體示意圖剖面圖剖面圖由于橫向擴(kuò)散，實(shí)際的擴(kuò)散區(qū)寬度將由于橫向擴(kuò)散，實(shí)際的擴(kuò)散區(qū)寬度將大于氧化層掩蔽窗口的尺寸，對(duì)制作大于氧化層掩蔽窗口的尺寸，對(duì)制作小尺寸器件不利小尺寸器件不利擴(kuò)散方法主要有：固態(tài)源擴(kuò)散、液態(tài)源擴(kuò)散和氣態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)散方法主要有：固態(tài)源擴(kuò)散、液態(tài)源擴(kuò)散和氣態(tài)源擴(kuò)散橫向擴(kuò)散使擴(kuò)散區(qū)橫向擴(kuò)散使擴(kuò)散區(qū)的四個(gè)角為球面狀的四個(gè)角

19、為球面狀，引起電場(chǎng)在該處，引起電場(chǎng)在該處集中，導(dǎo)致集中，導(dǎo)致pn結(jié)結(jié)擊穿電壓降低。擊穿電壓降低。微電子學(xué)概論chap摻雜層的橫向擴(kuò)展摻雜層的橫向擴(kuò)展微電子學(xué)概論chap固態(tài)源擴(kuò)散：如固態(tài)源擴(kuò)散：如B2O3、P2O5、BN等等利用固態(tài)源進(jìn)行擴(kuò)散的裝置示意圖利用固態(tài)源進(jìn)行擴(kuò)散的裝置示意圖微電子學(xué)概論chap利用液態(tài)源進(jìn)行擴(kuò)散的裝置示意圖利用液態(tài)源進(jìn)行擴(kuò)散的裝置示意圖微電子學(xué)概論chap二二. 離子注入離子注入離子注入：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)量決定

20、，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量劑量)決決定定.（需要進(jìn)行退火處理）需要進(jìn)行退火處理）.。 離子注入的主要特點(diǎn)：離子注入的主要特點(diǎn)：? 摻雜的均勻性好摻雜的均勻性好?溫度低：小于溫度低：小于600，可避免高溫過程引起的缺陷。，可避免高溫過程引起的缺陷。?可以精確控制雜質(zhì)分布可以精確控制雜質(zhì)分布?可以注入各種各樣的元素可以注入各種各樣的元素?橫向擴(kuò)展比擴(kuò)散要小得多。（橫向擴(kuò)展比擴(kuò)散要小得多。（接近垂直射入襯底接近垂直射入襯底）?可以對(duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜。（可以對(duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜。（化合物半導(dǎo)體材化合物半導(dǎo)體材料經(jīng)過高溫過程后，組分可能發(fā)生變化，因此

21、無法料經(jīng)過高溫過程后，組分可能發(fā)生變化，因此無法采用高溫?cái)U(kuò)散工藝進(jìn)行摻雜）采用高溫?cái)U(kuò)散工藝進(jìn)行摻雜）離子注入目前已成為集成電路工藝中主要的雜離子注入目前已成為集成電路工藝中主要的雜質(zhì)摻雜技術(shù)質(zhì)摻雜技術(shù)微電子學(xué)概論chap離子注入系統(tǒng)的原理示意圖離子注入系統(tǒng)的原理示意圖離子注入系統(tǒng)主要包括：離子源（離子注入系統(tǒng)主要包括：離子源（產(chǎn)生注入離子產(chǎn)生注入離子）、磁分析）、磁分析器（器（篩選出需要的雜質(zhì)離子篩選出需要的雜質(zhì)離子）、加速管、聚焦和掃描系統(tǒng)、）、加速管、聚焦和掃描系統(tǒng)、靶室和后臺(tái)處理系統(tǒng)。靶室和后臺(tái)處理系統(tǒng)。微電子學(xué)概論chap離子注入到無定形靶中的高斯分布情況離子注入到無定形靶中的高斯分布

22、情況微電子學(xué)概論chap 離子注入原理：離子注入原理：高能離子射入靶（襯底）高能離子射入靶（襯底）后，不斷與襯底中的原子核以及核外電子后，不斷與襯底中的原子核以及核外電子碰撞，能量逐步損失，最后停止下來。每碰撞，能量逐步損失，最后停止下來。每個(gè)離子停止下來的位置是隨機(jī)的，大部分個(gè)離子停止下來的位置是隨機(jī)的，大部分將不在晶格上。將不在晶格上。 微電子學(xué)概論chap三三. .退退 火火退火：退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過程都可以氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過程都可以稱為退火。稱為退火。退火作用：退火作用：激活雜質(zhì)：使不在

23、晶格位置上的離子運(yùn)動(dòng)到晶格位置，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)生自由載流子，起到雜質(zhì)的作用；以便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子，起到雜質(zhì)的作用；消除晶格損傷引起的晶體缺陷；消除晶格損傷引起的晶體缺陷；退火方式：退火方式：爐退火爐退火：在擴(kuò)散爐中升溫然后降溫；時(shí)間太長(zhǎng)，使雜：在擴(kuò)散爐中升溫然后降溫；時(shí)間太長(zhǎng)，使雜質(zhì)分布發(fā)生顯著改變，引起橫向擴(kuò)散；質(zhì)分布發(fā)生顯著改變，引起橫向擴(kuò)散；快速退火快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源非相干寬帶頻光源(如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅

24、外設(shè)備等紅外設(shè)備等)；可在很短時(shí)間；可在很短時(shí)間(10-8102s)消除缺陷，激消除缺陷，激活雜質(zhì)，完成退火?；铍s質(zhì)，完成退火。微電子學(xué)概論chap4.3 氧化工藝氧化工藝氧化：制備氧化：制備SiO2層層SiO2的性質(zhì)及其作用的性質(zhì)及其作用SiO2是一種十分理想的電絕緣材是一種十分理想的電絕緣材料，它的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，室料，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)反應(yīng)溫下它只與氫氟酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)微電子學(xué)概論chap一一. 氧化硅層的主要作用氧化硅層的主要作用在在MOS電路中作為電路中作為MOS器件的絕緣器件的絕緣柵介質(zhì)，器件的組成部分柵介質(zhì)，器件的組成部分?jǐn)U散時(shí)的掩蔽層，離子注入的擴(kuò)

25、散時(shí)的掩蔽層，離子注入的(有時(shí)有時(shí)與光刻膠、與光刻膠、Si3N4層一起使用層一起使用)阻擋層阻擋層作為集成電路的隔離介質(zhì)材料作為集成電路的隔離介質(zhì)材料作為電容器的絕緣介質(zhì)材料作為電容器的絕緣介質(zhì)材料作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料作為對(duì)器件和電路進(jìn)行鈍化的鈍化層作為對(duì)器件和電路進(jìn)行鈍化的鈍化層材料材料微電子學(xué)概論chap二二. SiO2的制備方法的制備方法熱氧化法熱氧化法?干氧氧化干氧氧化?水蒸汽氧化水蒸汽氧化?濕氧氧化濕氧氧化?干氧濕氧干氧干氧濕氧干氧(簡(jiǎn)稱干濕干簡(jiǎn)稱干濕干)氧化法氧化法?氫氧合成氧化氫氧合成氧化化學(xué)氣相淀積法化學(xué)氣相淀積法熱分解淀積法熱分解淀

26、積法濺射法濺射法Si(固體固體) + O2 SiO2 Si + 2H2O SiO2 + 2H2 微電子學(xué)概論chap進(jìn)行干氧和濕氧氧化的氧化爐示意圖進(jìn)行干氧和濕氧氧化的氧化爐示意圖微電子學(xué)概論chap化學(xué)汽相淀積化學(xué)汽相淀積(CVD)化學(xué)汽相淀積化學(xué)汽相淀積(Chemical Vapor Deposition)：通過氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)在襯底上淀積一層通過氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)在襯底上淀積一層薄膜材料的過程薄膜材料的過程CVD技術(shù)特點(diǎn)：技術(shù)特點(diǎn)：?具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控具有淀積溫度低、薄膜成分和厚度易于控制、均勻性和重復(fù)性好、臺(tái)階覆蓋優(yōu)良、適制、均勻性和重復(fù)性好、臺(tái)階覆蓋優(yōu)良、適用范圍

27、廣、設(shè)備簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)用范圍廣、設(shè)備簡(jiǎn)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方法幾乎可以淀積集成電路工藝中所需要的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的需要的各種薄膜，例如摻雜或不摻雜的SiO2、多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬多晶硅、非晶硅、氮化硅、金屬(鎢、鉬鎢、鉬)等等微電子學(xué)概論chap化學(xué)汽相淀積化學(xué)汽相淀積(CVD)常壓化學(xué)汽相淀積常壓化學(xué)汽相淀積(APCVD)低壓化學(xué)汽相淀積低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積(PECVD)微電子學(xué)概論chap常壓化學(xué)汽相淀積常壓化學(xué)汽相淀積(APCVD)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖微電子學(xué)概論c

28、hap低壓化學(xué)汽相淀積低壓化學(xué)汽相淀積(LPCVD)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖這種反應(yīng)器的最大特點(diǎn)是薄膜厚度的均勻性非常好這種反應(yīng)器的最大特點(diǎn)是薄膜厚度的均勻性非常好,裝片量大裝片量大,但但淀積速度慢淀積速度慢.微電子學(xué)概論chap平行板型平行板型PECVD反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖(這種反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是淀積溫度低這種反應(yīng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是淀積溫度低)微電子學(xué)概論chap化學(xué)汽相淀積化學(xué)汽相淀積(CVD)單晶硅的化學(xué)汽相淀積單晶硅的化學(xué)汽相淀積(外延外延)：一般地，一般地，將在單晶襯底上生長(zhǎng)單晶材料的工藝叫做將在單晶襯底上生長(zhǎng)單晶材料的工藝叫做外延，生長(zhǎng)有外延層的晶體片叫做外

29、延片外延，生長(zhǎng)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：二氧化硅的化學(xué)汽相淀積：可以作為金屬可以作為金屬化時(shí)的介質(zhì)層，而且還可以作為離子注入化時(shí)的介質(zhì)層，而且還可以作為離子注入或擴(kuò)散的掩蔽膜，甚至還可以將摻磷、硼或擴(kuò)散的掩蔽膜，甚至還可以將摻磷、硼或砷的氧化物用作擴(kuò)散源或砷的氧化物用作擴(kuò)散源 ?低溫低溫CVD氧化層：低于氧化層：低于500?中等溫度淀積：中等溫度淀積：500800?高溫淀積：高溫淀積：900左右左右SiCl4 + 2H2 Si + 4HCl 微電子學(xué)概論chap化學(xué)汽相淀積化學(xué)汽相淀積(CVD)多晶硅的化學(xué)汽相淀積：多晶硅的化學(xué)汽相淀積：利用多晶硅替代利用多晶硅替代金屬

30、鋁作為金屬鋁作為MOS器件的柵極是器件的柵極是MOS集成集成電路技術(shù)的重大突破之一，它比利用金屬電路技術(shù)的重大突破之一，它比利用金屬鋁作為柵極的鋁作為柵極的MOS器件性能得到很大提高，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，使對(duì)準(zhǔn)離子注入，使MOS集成電路的集成度集成電路的集成度得到很大提高。得到很大提高。氮化硅的化學(xué)汽相淀積：氮化硅的化學(xué)汽相淀積：中等溫度中等溫度(780820)的的LPCVD或低溫或低溫(300) PECVD方方法淀積法淀積微電子學(xué)概論chap物理氣相淀積物理氣相淀積(PVD)蒸發(fā)：蒸發(fā)：在真空系統(tǒng)中，金屬

31、原子獲得在真空系統(tǒng)中，金屬原子獲得足夠的能量后便可以脫離金屬表面的足夠的能量后便可以脫離金屬表面的束縛成為蒸汽原子，淀積在晶片上。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)兩種發(fā)和電子束蒸發(fā)兩種濺射：濺射：真空系統(tǒng)中充入惰性氣體，在真空系統(tǒng)中充入惰性氣體，在高壓電場(chǎng)作用下，氣體放電形成的離高壓電場(chǎng)作用下，氣體放電形成的離子被強(qiáng)電場(chǎng)加速，轟擊靶材料，使靶子被強(qiáng)電場(chǎng)加速，轟擊靶材料，使靶原子逸出并被濺射到晶片上原子逸出并被濺射到晶片上微電子學(xué)概論chap蒸蒸發(fā)發(fā)原原理理圖圖微電子學(xué)概論chap集成電路工藝集成電路工藝圖形轉(zhuǎn)換：圖形

32、轉(zhuǎn)換：?光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻、電光刻：接觸光刻、接近光刻、投影光刻、電子束光刻子束光刻?刻蝕：干法刻蝕、濕發(fā)刻蝕刻蝕：干法刻蝕、濕發(fā)刻蝕摻雜：摻雜：?離子注入離子注入 退火退火?擴(kuò)散擴(kuò)散制膜：制膜：?氧化：干氧氧化、濕氧氧化等氧化：干氧氧化、濕氧氧化等?CVD：APCVD、LPCVD、PECVD?PVD：蒸發(fā)、濺射：蒸發(fā)、濺射微電子學(xué)概論chap作作 業(yè)業(yè)集成電路工藝主要分為哪集成電路工藝主要分為哪幾大類，每一類中包括哪些幾大類，每一類中包括哪些主要工藝，并簡(jiǎn)述各工藝的主要工藝，并簡(jiǎn)述各工藝的主要作用主要作用簡(jiǎn)述光刻的工藝過程簡(jiǎn)述光刻的工藝過程微電子學(xué)概論chap4.4 CMOS

33、集成電路制造工藝集成電路制造工藝微電子學(xué)概論chap微電子學(xué)概論chap1、形成、形成N阱（見圖阱（見圖a）?初始氧化初始氧化?淀積氮化硅層淀積氮化硅層?光刻光刻1版，定義出版，定義出N阱阱?反應(yīng)離子刻蝕氮化硅層反應(yīng)離子刻蝕氮化硅層?N阱離子注入，注磷阱離子注入，注磷雙阱雙阱CMOS工藝制作工藝制作CMOS反相器的工藝流程圖如下：反相器的工藝流程圖如下：（磷+砷）（N阱光刻）（N阱磷注入+砷注入）（a）微電子學(xué)概論chap2、形成、形成P阱（見圖阱（見圖b，c）? 在在N阱區(qū)生長(zhǎng)厚氧化層，其它區(qū)域被氮化硅阱區(qū)生長(zhǎng)厚氧化層，其它區(qū)域被氮化硅層保護(hù)而不會(huì)被氧化層保護(hù)而不會(huì)被氧化?去掉光刻膠及氮化硅

34、層去掉光刻膠及氮化硅層? P阱離子注入，注硼阱離子注入，注硼（硼）（氧化層）（N阱氧化）（第一次p阱硼注入）（b）微電子學(xué)概論chap3、推阱、推阱?退火驅(qū)入退火驅(qū)入?去掉去掉N阱區(qū)的氧化層阱區(qū)的氧化層（阱推進(jìn)）（第二次和第三次p阱硼注入）（c）微電子學(xué)概論chap4、形成場(chǎng)隔離區(qū)（見圖、形成場(chǎng)隔離區(qū)（見圖d） ?生長(zhǎng)一層薄氧化層生長(zhǎng)一層薄氧化層?淀積一層氮化硅淀積一層氮化硅?光刻場(chǎng)隔離區(qū)，非隔離區(qū)光刻場(chǎng)隔離區(qū)，非隔離區(qū)被光刻膠保護(hù)起來被光刻膠保護(hù)起來?反應(yīng)離子刻蝕氮化硅反應(yīng)離子刻蝕氮化硅?場(chǎng)區(qū)離子注入場(chǎng)區(qū)離子注入?熱生長(zhǎng)厚的場(chǎng)氧化層熱生長(zhǎng)厚的場(chǎng)氧化層?去掉氮化硅層去掉氮化硅層5、形成多晶硅柵

35、、形成多晶硅柵（見圖見圖d，e）? 生長(zhǎng)柵氧化層生長(zhǎng)柵氧化層? 淀積多晶硅淀積多晶硅? 光刻多晶硅柵光刻多晶硅柵? 刻蝕多晶硅柵刻蝕多晶硅柵多晶硅柵多晶硅柵（d）場(chǎng)氧場(chǎng)氧生長(zhǎng)柵氧生長(zhǎng)柵氧多晶硅淀積多晶硅淀積多晶硅刻蝕多晶硅刻蝕微電子學(xué)概論chap6、形成硅化物、形成硅化物?淀積氧化層淀積氧化層?反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成側(cè)壁氧化層反應(yīng)離子刻蝕氧化層，形成側(cè)壁氧化層?淀積難熔金屬淀積難熔金屬Ti或或Co等等?低溫退火，形成低溫退火，形成C-47相的相的TiSi2或或CoSi?去掉氧化層上的沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的去掉氧化層上的沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的Ti或或Co?高溫退火，形成低阻穩(wěn)定的高溫退火，形成低阻穩(wěn)定

36、的TiSi2或或CoSi2（e）側(cè)墻側(cè)墻選擇選擇n注入注入選擇選擇p注入注入源源/漏雜質(zhì)激活漏雜質(zhì)激活自對(duì)準(zhǔn)硅化物自對(duì)準(zhǔn)硅化物微電子學(xué)概論chap7、形成、形成N管源漏區(qū)管源漏區(qū)?光刻，利用光刻膠將光刻，利用光刻膠將PMOS區(qū)保護(hù)起來區(qū)保護(hù)起來?離子注入磷或砷，形成離子注入磷或砷，形成N管源漏區(qū)管源漏區(qū)8、形成、形成P管源漏區(qū)管源漏區(qū)（見圖見圖e）?光刻，利用光刻膠將光刻，利用光刻膠將NMOS區(qū)保護(hù)起來區(qū)保護(hù)起來?離子注入硼，形成離子注入硼，形成P管源漏區(qū)管源漏區(qū)微電子學(xué)概論chap9、形成接觸孔、形成接觸孔 （見圖（見圖f）? 化學(xué)氣相淀積磷硅玻璃層化學(xué)氣相淀積磷硅玻璃層?退火和致密退火和致

37、密?光刻接觸孔版光刻接觸孔版?反應(yīng)離子刻蝕磷硅玻璃，形成接觸孔反應(yīng)離子刻蝕磷硅玻璃，形成接觸孔（f）介質(zhì)介質(zhì)I平坦化：平坦化：淀積氧化層淀積氧化層氧化層回流氧化層回流光刻、刻蝕光刻、刻蝕微電子學(xué)概論chap10、形成第一層金屬、形成第一層金屬（見圖（見圖g，h）?淀積金屬鎢淀積金屬鎢(W)，形成鎢塞，形成鎢塞（g）濺射濺射TiWLPCVD 鎢鎢刻蝕鎢刻蝕鎢（W塞）塞）微電子學(xué)概論chap11、形成第一層金屬、形成第一層金屬?淀積金屬層，如淀積金屬層，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等合金等?光刻第一層金屬版，定義出連線圖形光刻第一層金屬版，定義出連線圖形?反應(yīng)離子刻蝕金屬層，形成互連圖形反應(yīng)

38、離子刻蝕金屬層，形成互連圖形（h）濺射濺射Tiw淀積淀積Al（0.5%Cu)形成金屬形成金屬I微電子學(xué)概論chap12、形成穿通接觸孔（見圖形成穿通接觸孔（見圖i）?化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積PETEOS?通過化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化通過化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化?光刻穿通接觸孔版光刻穿通接觸孔版?反應(yīng)離子刻蝕絕緣層，形成穿通接觸孔反應(yīng)離子刻蝕絕緣層，形成穿通接觸孔13、形成第二層金屬（見圖、形成第二層金屬（見圖i）?淀積金屬層，如淀積金屬層，如Al-Si、Al-Si-Cu合金等合金等?光刻第二層金屬版，定義出連線圖形光刻第二層金屬版，定義出連線圖形?反應(yīng)離子刻蝕，形成第二層金屬互連圖形反應(yīng)離子刻蝕，

39、形成第二層金屬互連圖形（i）淀積氧化層淀積氧化層刻蝕穿通孔刻蝕穿通孔形成金屬形成金屬II微電子學(xué)概論chap14、合金、合金15、形成鈍化層、形成鈍化層? 在低溫條件下在低溫條件下(小于小于300)淀積氮化硅淀積氮化硅? 光刻鈍化版光刻鈍化版? 刻蝕氮化硅，形成鈍化圖形刻蝕氮化硅，形成鈍化圖形16、測(cè)試、封裝，完成集成電路的制造工藝、測(cè)試、封裝，完成集成電路的制造工藝CMOS集成電路一般采用集成電路一般采用(100)晶向的硅材料晶向的硅材料（過程見（過程見CMOS）微電子學(xué)概論chapAA微電子學(xué)概論chap4.5 雙極集成電路制造工藝雙極集成電路制造工藝雙極集成電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是模擬和超

40、高速集雙極集成電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是模擬和超高速集成電路成電路,集成電路中晶體管的所有電極都必須制作在集成電路中晶體管的所有電極都必須制作在芯片的表面。在現(xiàn)代集成電路工藝中廣泛采用的是芯片的表面。在現(xiàn)代集成電路工藝中廣泛采用的是厚場(chǎng)氧化層隔離方法和先進(jìn)的溝槽隔離方法。厚場(chǎng)氧化層隔離方法和先進(jìn)的溝槽隔離方法。微電子學(xué)概論chap采用厚氧化層隔離技術(shù)的采用厚氧化層隔離技術(shù)的npn晶體管的截面圖晶體管的截面圖微電子學(xué)概論chap制作埋層（如圖制作埋層（如圖a）：主要作用是減少集電極的）：主要作用是減少集電極的串聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻。?初始氧化，熱生長(zhǎng)厚度約為初始氧化，熱生長(zhǎng)厚度約為5001000nm的氧

41、化層的氧化層?光刻光刻1#版版(埋層版埋層版)，利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將光刻，利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將光刻窗口中的氧化層刻蝕掉，并去掉光刻膠窗口中的氧化層刻蝕掉，并去掉光刻膠?進(jìn)行大劑量進(jìn)行大劑量As+注入并退火，形成注入并退火，形成n+埋層埋層雙極集成電路工藝雙極集成電路工藝（a）微電子學(xué)概論chap生長(zhǎng)生長(zhǎng)n型外延層（如圖型外延層（如圖b）?利用利用HF腐蝕掉硅片表面的氧化層腐蝕掉硅片表面的氧化層?將硅片放入外延爐中進(jìn)行外延，外延層的厚度將硅片放入外延爐中進(jìn)行外延，外延層的厚度和摻雜濃度一般由器件的用途決定和摻雜濃度一般由器件的用途決定（b）微電子學(xué)概論chap形成橫向氧化物隔離區(qū)形成橫向氧化

42、物隔離區(qū)（如圖（如圖c，d，e）?熱生長(zhǎng)一層薄氧化層，厚度約熱生長(zhǎng)一層薄氧化層，厚度約50nm?淀積一層氮化硅，厚度約淀積一層氮化硅，厚度約100nm?光刻光刻2#版版(場(chǎng)區(qū)隔離版）場(chǎng)區(qū)隔離版）（C）微電子學(xué)概論chap形成橫向氧化物隔離區(qū)形成橫向氧化物隔離區(qū)?利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將光刻窗口中的氮化利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將光刻窗口中的氮化硅層硅層-氧化層以及一半的外延硅層刻蝕掉氧化層以及一半的外延硅層刻蝕掉?進(jìn)行硼離子注入進(jìn)行硼離子注入（d）微電子學(xué)概論chap形成橫向氧化物隔離區(qū)形成橫向氧化物隔離區(qū)?去掉光刻膠，把硅片放入氧化爐氧化，形成去掉光刻膠，把硅片放入氧化爐氧化，形成厚的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)

43、厚的場(chǎng)氧化層隔離區(qū)?去掉氮化硅層去掉氮化硅層（e）微電子學(xué)概論chap形成基區(qū)形成基區(qū)（如圖（如圖f）?光刻光刻3#版版(基區(qū)版基區(qū)版)，利用光刻膠將收集區(qū)遮，利用光刻膠將收集區(qū)遮擋住，暴露出基區(qū)擋住，暴露出基區(qū)?基區(qū)離子注入硼基區(qū)離子注入硼（f）微電子學(xué)概論chap形成接觸孔（形成接觸孔（如圖如圖g） ：?光刻光刻4#版版(基區(qū)接觸孔版基區(qū)接觸孔版)?進(jìn)行大劑量硼離子注入進(jìn)行大劑量硼離子注入?刻蝕掉接觸孔中的氧化層刻蝕掉接觸孔中的氧化層（g）微電子學(xué)概論chap形成基極接觸（如圖形成基極接觸（如圖h）?光刻光刻5#版版(基區(qū)接觸孔版基區(qū)接觸孔版)?進(jìn)行大劑量硼離子注入進(jìn)行大劑量硼離子注入微電

44、子學(xué)概論chap 形成發(fā)射區(qū)和集電極接觸（如圖形成發(fā)射區(qū)和集電極接觸（如圖i）?光刻光刻6#版版(發(fā)射區(qū)版發(fā)射區(qū)版)，利用光刻膠將基極接觸，利用光刻膠將基極接觸孔保護(hù)起來，暴露出發(fā)射極和集電極接觸孔孔保護(hù)起來，暴露出發(fā)射極和集電極接觸孔?進(jìn)行低能量、高劑量的砷離子注入，形成發(fā)射進(jìn)行低能量、高劑量的砷離子注入，形成發(fā)射區(qū)和集電區(qū)區(qū)和集電區(qū)（i）微電子學(xué)概論chap金屬化（如圖金屬化（如圖j）?淀積金屬，一般是鋁或淀積金屬，一般是鋁或Al-Si、Pt-Si合金等合金等?光刻光刻7#版版(連線版連線版)，形成金屬互連線，形成金屬互連線合金：合金：使使Al與接觸孔中的硅形成良好的歐姆接觸，一與接觸孔中

45、的硅形成良好的歐姆接觸，一般是在般是在450、N2-H2氣氛下處理氣氛下處理2030分鐘分鐘形成鈍化層形成鈍化層?在低溫條件下在低溫條件下(小于小于300)淀積氮化硅淀積氮化硅?光刻光刻8#版版(鈍化版鈍化版)?刻蝕氮化硅，形成鈍化圖形刻蝕氮化硅，形成鈍化圖形測(cè)試、封裝、完成集成電路的制造工藝測(cè)試、封裝、完成集成電路的制造工藝微電子學(xué)概論chap4.6 接觸與互連接觸與互連Al是目前集成電路工藝中最常用的金是目前集成電路工藝中最常用的金屬互連材料屬互連材料但但Al連線也存在一些比較嚴(yán)重的問題連線也存在一些比較嚴(yán)重的問題?電遷移嚴(yán)重、電阻率偏高、淺結(jié)穿透等電遷移嚴(yán)重、電阻率偏高、淺結(jié)穿透等Cu連

46、線工藝有望從根本上解決該問題連線工藝有望從根本上解決該問題?IBM、Motorola等已經(jīng)開發(fā)成功等已經(jīng)開發(fā)成功目前，互連線已經(jīng)占到芯片總面積的目前，互連線已經(jīng)占到芯片總面積的7080%；且連線的寬度越來越窄，；且連線的寬度越來越窄，電流密度迅速增加電流密度迅速增加微電子學(xué)概論chap幾個(gè)概念幾個(gè)概念?場(chǎng)區(qū)場(chǎng)區(qū)?有源區(qū)有源區(qū)柵結(jié)構(gòu)材料柵結(jié)構(gòu)材料?Al-二氧化硅結(jié)構(gòu)二氧化硅結(jié)構(gòu)?多晶硅多晶硅-二氧化硅結(jié)構(gòu)二氧化硅結(jié)構(gòu)?難熔金屬硅化物難熔金屬硅化物/多晶硅多晶硅-二氧化硅結(jié)構(gòu)二氧化硅結(jié)構(gòu)微電子學(xué)概論chap4.7 隔離技術(shù)隔離技術(shù) 在集成電路中要把晶體管在電學(xué)上隔在集成電路中要把晶體管在電學(xué)上隔離

47、開，目前常用的隔離技術(shù)主要有：離開，目前常用的隔離技術(shù)主要有：PN結(jié)隔離結(jié)隔離等平面氧化層隔離等平面氧化層隔離絕緣介質(zhì)隔離絕緣介質(zhì)隔離溝槽隔離溝槽隔離微電子學(xué)概論chap標(biāo)準(zhǔn)隱埋集電極隔離工藝（簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)隱埋集電極隔離工藝（簡(jiǎn)稱SBC），見上圖），見上圖。首先在首先在p型硅襯底上利用擴(kuò)散技術(shù)形成型硅襯底上利用擴(kuò)散技術(shù)形成n+埋層，再外延埋層，再外延n型硅層，然型硅層，然后進(jìn)行隔離擴(kuò)散直通襯底的后進(jìn)行隔離擴(kuò)散直通襯底的p型區(qū)，從而將外延層分割成一型區(qū)，從而將外延層分割成一個(gè)一個(gè)孤立的個(gè)一個(gè)孤立的n型區(qū)，不同型區(qū)，不同n型區(qū)之間靠反向偏置的型區(qū)之間靠反向偏置的pn結(jié)隔結(jié)隔離。缺點(diǎn)：隔離區(qū)較寬，限制了

48、集成密度的提高；寄生電離。缺點(diǎn)：隔離區(qū)較寬，限制了集成密度的提高；寄生電容較大，使電路速度受到限制；目前少用這種隔離結(jié)構(gòu)。容較大，使電路速度受到限制；目前少用這種隔離結(jié)構(gòu)。微電子學(xué)概論chap介質(zhì)隔離的工藝流程介質(zhì)隔離的工藝流程優(yōu)點(diǎn)：隔離效果好。缺點(diǎn)：研磨背面時(shí)要求精確的機(jī)械定位優(yōu)點(diǎn)：隔離效果好。缺點(diǎn)：研磨背面時(shí)要求精確的機(jī)械定位。在硅片上熱生長(zhǎng)一在硅片上熱生長(zhǎng)一層氧化硅并進(jìn)行光層氧化硅并進(jìn)行光刻刻利用氧化層作利用氧化層作為掩蔽進(jìn)行各為掩蔽進(jìn)行各向異性腐蝕，向異性腐蝕，刻出刻出V形槽形槽去掉掩蔽氧化去掉掩蔽氧化層后，熱生長(zhǎng)層后，熱生長(zhǎng)一層厚度為一層厚度為1微米的氧化層微米的氧化層該氧化層即為該氧化層即為單晶硅和隨后單晶硅和隨后淀積的多晶硅淀積的多晶硅之間的介質(zhì)隔之間的介質(zhì)隔離層離層研磨硅片背面研磨硅片背面的單晶硅，直的單晶硅，直至磨出單晶硅至磨出單晶硅島為止島為止在這些硅島內(nèi)在這些硅島內(nèi)可制作各種類可制作各種類型的器件型的器件微電子學(xué)概論chap采用厚氧化層隔離技術(shù)的采用厚氧化層隔離技術(shù)的npn晶體管的截面圖晶體管的截面圖這種工藝中，橫向之間采用氧化層介質(zhì)隔離，縱向?yàn)檫@種工藝中，橫向之間采用氧化層介質(zhì)隔離，縱向?yàn)閜n結(jié)