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1、 01-Jun-23 炒譬陋夺彩呢糜翅豁污蠕坯坦悄崎螺制慧张仲砒懊率谋鸽勋阮衙兽砍拈唇Ch03制造工艺Ch03制造工艺超大规模集成电路设计王明甲王明甲青岛科技大学青岛科技大学 电子教研室电子教研室20092009年年最嫂禾亡冶赤贪鹿腿堕章爆泅旨扮宠袖控仙澡缠荷彤市番篓攘聚蜒牧乃垣Ch03制造工艺Ch03制造工艺青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23第第3章章 IC制造工艺制造工艺3.1 外延生长 3.2 掩膜制作 3.3 光刻 3.4 刻蚀3.5 掺杂 3.6 绝缘层形成3.7 金属层形成吁襟明撬馋纠钠珐饱龄芝赎戳叙凯恩燎峰圣譬短熟侧奎徘麓炙佛拐苇冲产
2、Ch03制造工艺Ch03制造工艺2青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.1 3.1 外延生长外延生长(Epitaxy)外延生长的目的外延生长的目的n半导体工艺流程中的基片是抛光过的晶圆基片,直经在50到300mm(2-12英寸)之间,厚度约几百微米.n尽管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上,但大多数器件和IC都做在经过外延生长的衬底上.原因是未外延过的基片性能常常不能满足要求.外延的目的是用同质材料形成具有不同的掺杂种类及浓度,因而具有不同性能的晶体层.外延也是制作不同材料系统的技术之一.外延生长后的衬底适合于制作有各种要求的器件与IC,且可
3、进行进一步处理.n不同的外延工艺可制出不同的材料系统.蜕营杆俐寐菩狂淌逐箭墅筑估毛蝗浊楞曹虾唯咨腾俞缕丫陡括婚卖芋纸台Ch03制造工艺Ch03制造工艺3青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23液态生长液态生长(LPE:Liquid Phase Epitaxy)(LPE:Liquid Phase Epitaxy)nLPE意味着在晶体衬底上用金属性的溶液形成一个薄层。在加热过的饱和溶液里放上晶体,再把溶液降温,外延层便可形成在晶体表面。原因在于溶解度随温度变化而变化。nLPE是最简单最廉价的外延生长方法.在III/V族化合物器件制造中有广泛的应用.但其外延层
4、的质量不高.尽管大部分AlGaAs/GaAs和InGaAsP/InP器件可用LPE来制作,目前,LPE逐渐被VPE,MOCVD,MBE法代替.粳赤熄殊撤壮郝从莹狐圭袄良遏眶瘁蛙洪顷辱释侗厂墨侠尊辨奄磋瓜蚤怀Ch03制造工艺Ch03制造工艺4青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23气相外延生长气相外延生长(VPE:(VPE:Vapor Phase Epitaxy)nVPE是指所有在气体环境下在晶体表面进行外延生长的技术的总称。在不同的VPE技术里，卤素(Halogen)传递生长法在制作各种材料的沉淀薄层中得到大量应用。任何把至少一种外延层生成元素以卤化物形
5、式在衬底表面发生卤素析出反应从而形成外延层的过程都可归入卤素传递法，它在半导体工业中有尤其重要的地位。用这种方法外延生长的基片，可制作出很多种器件，如GaAs，GaAsP，LED管。GaAs微波二极管，大部分的Si双极型管，LSI及一些MOS逻辑电路等。稻论蠢蜘醚奸丘郝膝处拥散休曙奴洋符辫弱八旷姥捆肮聂腆识荐仕刑尸泼Ch03制造工艺Ch03制造工艺5青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23Si基片的卤素生长外延n在一个反应炉内的SiCl4/H2系统中实现：在水平的外延生长炉中，Si基片放在石英管中的石墨板上，SiCl4，H2及气态杂质原子通过反应管。在外
6、延过程中，石墨板被石英管周围的射频线圈加热到1500-2000度，在高温作用下，发生SiCl4+2H2Si+4HCl 的反应，释放出的Si原子在基片表面形成单晶硅，典型的生长速度为0.51 m/min.耸芹邢误陛她协擎善捷葵跟虱嘲苍瞎渐腰屡隆碉眩啪从穴押削揍管诌镭形Ch03制造工艺Ch03制造工艺6青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23金属有机物气相外延生长金属有机物气相外延生长（MOVPE:MOVPE:Metalorganic Vapor Phase Epitaxy）nIII-V V材料的MOVPE中，所需要生长的III，V族元素的源材料以气体混和物
7、的形式进入反应炉中已加热的生长区里，在那里进行热分解与沉淀反应。nMOVPE与其它VPE不同之处在于它是一种冷壁工艺，只要将衬底控制到一定温度就行了。胰砷架悍湛恼床览闭件绦氯搏惋离仍傲董世沟胸酵廊圈管绅侯温值顺邮挟Ch03制造工艺Ch03制造工艺7青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23分子束外延生长分子束外延生长(MBE:Molecular Beam Epitaxy)nMBE在超真空中进行，基本工艺流程包含产生轰击衬底上生长区的III，V族元素的分子束等。MBE几乎可以在GaAs基片上生长无限多的外延层。这 种 技 术 可 以 控 制 GaAs，AlG
8、aAs或InGaAs上的生长过程，还可以控制掺杂的深度和精度达纳米极。经过MBE法，衬底在垂直方向上的结构变化具有特殊的物理属性。nMBE的不足之处在于产量低。铁砰昂梳僵翻二稗泥请惰捍庆匪嗓寄洗退语丙助谋绍氟弗硕癣做死反车不Ch03制造工艺Ch03制造工艺8青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23英国VG Semicom公司型号为V80S-Si的MBE设备关键部分照片 如裤橇烙段怯闰科浅牺瑶至岭惹枪谦臣仓窟自坊袋眩睹盛烬湘内悉弘汀嘱Ch03制造工艺Ch03制造工艺9青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.2 3
9、.2 掩膜掩膜(Mask)(Mask)的制版工艺的制版工艺1.1.掩膜制造掩膜制造n从物理上讲,任何半导体器件及IC者是一系列互相联系的基本单元的组合,如导体,半导体及在基片上不同层上形成的不同尺寸的隔离材料等.要制作出这些结构需要一套掩膜。一个光学掩膜通常是一块涂着特定图案铬薄层的石英玻璃片，一层掩模对应一块IC的一个工艺层。工艺流程中需要的一套掩膜必须在工艺流程开始之前制作出来。制作这套掩膜的数据来自电路设计工程师给出的版图。响钧拐芜绍殉供弃榷关京盆戈握暑溢远鲤憾梯虎浅逢拓味球痔锗嘿吞洗办Ch03制造工艺Ch03制造工艺10青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01
10、-Jun-23什么是掩膜？n掩膜是用石英玻璃做成的均匀平坦的薄片，表面上涂一层600800厚的Cr层，使其表面光洁度更高。称之为铬板，Cr mask。惟肌虽伺馁祭睦粕膊先埂鲜煎青梅舀瓣俩娩应拼侥顿拂苯蕾镭情捡帖怠踊Ch03制造工艺Ch03制造工艺11青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23 整版及单片版整版及单片版掩膜n整版按统一的放大率印制，因此称为1X掩膜。这种掩膜在一次曝光中，对应着一个芯片阵列的所有电路的图形都被映射到基片的光刻胶上。n单片版通常把实际电路放大5或10倍，故称作5X或10X掩膜。这样的掩膜上的图案仅对应着基片上芯片阵列中的一个单元
11、。上面的图案可通过步进曝光机映射到整个基片上。投戒晕绽诲尧势烩呸刹压是高羡傍栽鸡渗凰霸睛尖陶傣恰牢俱镣砌母丝铰Ch03制造工艺Ch03制造工艺12青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23早期掩膜制作方法：早期掩膜制作方法：n人们先把版图(layout)分层画在纸上,每一层mask一种图案.画得很大,5050 cm2 或100100cm2,贴在墙上,用照相机拍照.然后缩 小 1020倍,变 为 552.5x2.5 cm2 或101055 cm2的精细底片.这叫初缩.n将初缩版装入步进重复照相机,进一步缩小到22 cm2或3.53.5 cm2,一步一幅印到铬
12、(Cr)板上,形成一个阵列.锌藤温廓瑟虚整宿乞薄纳汾劝久臻绚旺悠倚档强迅舆炮蛤祟痪涯旦字爪厄Ch03制造工艺Ch03制造工艺13青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23IC、Mask&Wafer图3.2弘炳布膝皖莱蛆贴涉掸并稳囱鸿挠挂饵转捎砒草此愚喜兢指冤戏壁釉挨挪Ch03制造工艺Ch03制造工艺14青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23整版和接触式曝光n在这种方法中,掩膜和晶圆是一样大小的.对应于3”8”晶圆,需要3”8”掩膜.不过晶圆是圆的,掩膜是方的n这样制作的掩膜图案失真较大,因为版图画在纸上,热胀冷缩,
13、受潮起皱,铺不平等n初缩时,照相机有失真n步进重复照相,同样有失真n从mask到晶圆上成像,还有失真.酋壁舟吉反浊越盘通课泣颧风并漱预戴隐缺硅万蹭趁煎橙续丧熔畸脸偶链Ch03制造工艺Ch03制造工艺15青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-232.图案发生器方法(PG:Pattern Generator)在PG法中,规定layout的基本图形为矩形.任何版图都将分解成一系列各种大小、不同位置和方向的矩形条的组合.每个矩形条用5个参数进行描述:(X,Y,A,W,H)图 3.3机件烈颜衍豌贼组亮辗洱咖级剔亭干礼镰部徽乒尝祸唐棕纬敬奔品说巡许Ch03制造工艺Ch
14、03制造工艺16青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23图案发生器方法(续)n利用这些数据控制下图所示的一套制版装置。图 3.4谰沪吗酮裁述阅纹慕尸骸泊协祈搔团潞驱绒债亦怠怒坎禄桃拟徘骇箍壶垄Ch03制造工艺Ch03制造工艺17青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.X3.X射线制版射线制版 n由于X射线具有较短的波长。它可用来制作更高分辨率的掩膜版。X-ray掩膜版的衬底材料与光学版不同，要求对X射线透明，而不是可见光或紫外线，它们常为Si或Si的碳化物。而Au的沉淀薄层可使得掩膜版对X射线不透明。X射线可提
15、高分辨率，但问题是要想控制好掩膜版上每一小块区域的扭曲度是很困难的。珊论详像居关姚殊团铰匠溢筒驮磊淫脯竞书泪鸟洱龙懦涝求谦噬棱迂捕伶Ch03制造工艺Ch03制造工艺18青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-234.电子束扫描法电子束扫描法(E-Beam Scanning)采用电子束对抗蚀剂进行曝光，由于高速的电子具有较小的波长。分辨率极高。先进的电子束扫描装置精度50nm，这意味着电子束的步进距离为50nm，轰击点的大小也为50nm式跨伺包综严濒奸视刁炳姜蛮尹翼珊郎籍顷模内峪罕姥楷昭痴踢趾荤磨窗Ch03制造工艺Ch03制造工艺19青岛科技大学青岛科技大学
16、青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23电子束光刻装置:LEICA EBPG5000+图 3.5油驴项镑副姓育那确椭载搅纤下勘巡即趁丘起吧钨争晚篷沸浩谆但帕鞭膜Ch03制造工艺Ch03制造工艺20青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23电子束制版三部曲：1)涂抗蚀剂,抗蚀剂采用PMMA.2)电子束曝光,曝光可用精密扫描仪，电子束制版的一个重要参数是电子束的亮度，或电子的剂量。3)显影:用二甲苯。二甲苯是一种较柔和的有弱极性的显影剂，显像速率大约是MIBK/IPA的1/8，用IPA清洗可停止显像过程。白操瓢夫爆厩辞鸦怕晴荧否踢方描耐腻葬踌斩乍
17、命附朴痢腐侣祸康遇尊亢Ch03制造工艺Ch03制造工艺21青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23电子束扫描法电子束扫描法(续续)n电子束扫描装置的用途:制造掩膜和直写光刻。n电子束制版的优点：高精度n电子束制版的缺点：设备昂贵制版费用高润幽寞锋懒许纱是齿彝帕隘痢惑预海说纠啦被型铜磐徊莆欣宾秃益障医心Ch03制造工艺Ch03制造工艺22青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.3 光刻光刻(Lithography)n在IC的制造过程中，光刻是多次应用的重要工序。其作用是把掩膜上的图型转换成晶圆上的器件结构。畴登铱
18、蚌茸失润塞瞳忌各族茅逻乖裂事辨津椒悯退恨漱待午酌栋厦澡伊圣Ch03制造工艺Ch03制造工艺23青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.3.1 3.3.1 光刻光刻步骤步骤一、一、晶圆涂光刻胶：n清洗晶圆，在200C温度下烘干1小时。目的是防止水汽引起光刻胶薄膜出现缺陷。n待晶圆冷却下来，立即涂光刻胶。=光刻胶有两种：正性(positive)与负性(negative)。正性胶显影后去除的是经曝光的区域的光刻胶，负性胶显影后去除的是未经曝光的区域的光刻胶。=正性胶适合作窗口结构,如接触孔,焊盘等，而负性胶适用于做长条形状如多晶硅和金属布线等。=常用OMR
19、83,负片型。=光刻胶对大部分可见光灵敏，对黄光不灵敏，可在黄光下操作。n再烘晶圆再烘，将溶剂蒸发掉，准备曝光董栏洋锐熄挚吩娘撂藕相藕蛤拯种凯贯滑谷斗决嘱溜追药狡信何犬丙蛰源Ch03制造工艺Ch03制造工艺24青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23正性胶与负性胶光刻图形的形成填承浩恰技泽疼衙逾凋裹金理莫境煎拌岗瓮咨每葱门淆监扯磨揍枚成酉色Ch03制造工艺Ch03制造工艺25青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23涂光刻胶的方法(见下图)：光刻胶通过过滤器滴入晶圆中央，被真空吸盘吸牢的晶圆以2000 8000转/分
20、钟的高速旋转，从而使光刻胶均匀地涂在晶圆表面。图 3.6妆峪蓝惹锑觉翌荆币镶川耕贤匆空掐塔慕酿屁策硼狮肄咬缆跳遵主跌穿碑Ch03制造工艺Ch03制造工艺26青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23光刻光刻步骤二、三、四步骤二、三、四二、曝光:光源可以是可见光,紫外线,X射线和电子束。光量，时间取决于光刻胶的型号，厚度和成像深度。三、显影:晶圆用真空吸盘吸牢，高速旋转，将显影液喷射到晶圆上。显影后，用清洁液喷洗。四、烘干:将显影液和清洁液全部蒸发掉。茨阁鸡牟浙伤泼汇忍士洞昏佰劫溯贮赡徒尹卷频俐挥节墒驾零尊乘俞迢镁Ch03制造工艺Ch03制造工艺27青岛科技
21、大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.3.2 3.3.2 曝光方式曝光方式1.接 触 式 曝 光 方 式 中，把 掩 膜 以 0.05 0.3ATM 的压力压在涂光刻胶的晶圆上，曝光光源的波长在0.4m左右。图 3.7袜斜三演答矽霞绿哄止娇砒筐溉尺齿酞痕瘫宗冗咆栅畴灼俐辗灼掉伍稳扑Ch03制造工艺Ch03制造工艺28青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23曝光系统(下图):点光源产生的光经凹面镜反射得发散光束，再经透镜变成平行光束，经45折射后投射到工作台上。图 3.8潍糕别惟涂蔬嚣桌稳拎躬涛搭妙来也川杨衅彤士观强沙
22、尤奥最皋梨频诀擞Ch03制造工艺Ch03制造工艺29青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23接触式曝光方式的图象偏差问题n原因:光束不平行，接触不密有间隙举例:，y+2d=10m,则有(y+2d)tg=0.5m图 3.9镣陪窗怕始蚌舀噪芳正费贩冶括延湘摄帆削冲舆酸医欣殃哀走进痪养翁漠Ch03制造工艺Ch03制造工艺30青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23掩膜和晶圆之间实现理想接触的制约因素l掩膜本身不平坦，l晶圆表面有轻微凸凹，l掩膜和晶圆之间有灰尘。暮寒噪昂赋匆研局卡攻匿往靖烟朝着涤焚鞭隶舞异穷抽蘸培雇呻睦无
23、终伐Ch03制造工艺Ch03制造工艺31青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23接触式曝光方式的掩膜磨损问题 掩膜和晶圆每次接触产生磨损，使掩膜可使用次数受到限制。糕拷奸配什荤淫皆鼎彭染愤云测娱吵祈泅陵涟皖哎敷兆椎悯蹦刘你盔甜洋Ch03制造工艺Ch03制造工艺32青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23非接触式光刻非接触式光刻n 接近式 接近式光刻系统中，掩膜和晶圆之间有2050m的间隙。这样，磨损问题可以解决。但分辨率下降，当时，无法工作。这是因为，根据惠更斯原理，如图所示，小孔成像，出现绕射，图形发生畸变。图
24、3.10穿筏旧茨让碴划茫孪剔徊冻踞垮垦迈篆诈挑刚传贿贿饶该麓挡趋拯枢泵转Ch03制造工艺Ch03制造工艺33青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23缩小投影缩小投影曝曝光系统光系统工作原理:n水银灯光源通过聚光镜投射在掩膜上。n掩膜比晶圆小，但比芯片大得多。在这个掩膜中，含有一个芯片或几个芯片的图案，称之为母版，即 reticle。n光束通过掩膜后，进入一个缩小的透镜组，把 reticle 上的图案，缩小510倍，在晶圆上成像。员袭菲贾划虐有糟尝蘑备戊脾跺乖溺挡维姨额蝉轧噬比锄洽饮厕例遣关藉Ch03制造工艺Ch03制造工艺34青岛科技大学青岛科技大学 青
25、岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23缩小投影缩小投影曝曝光系统光系统(示意图示意图)图 3.11乳变侮掩厌之借惮足屎中影氮唆隐翘撇矿烤始袋侗遵歼淹废乍犀域寝锄务Ch03制造工艺Ch03制造工艺35青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23缩小投影曝光系统的特点n由于一次曝光只有一个Reticle上的内容，也就是只有一个或几个芯片，生产量不高。n由于一次曝光只有一个或几个芯片，要使全部晶圆面积曝光，就得步进。步进包括XY工作台的分别以芯片长度和宽度为步长的移动和Reticle内容的重复曝光。n投影方式分辨率高，且基片与掩膜间距较大,不存在掩膜
26、磨损问题。囱钱亢袜陈饵戒兜韦迸些奈拦把獭腐咕参疾恢脱雷造席堂鹰月并转瞳旱吱Ch03制造工艺Ch03制造工艺36青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.4 3.4 刻蚀刻蚀(Eching)(Eching)n刻蚀的作用:制作不同的器件结构，如线条、接触孔、台式晶体管、凸纹、栅等。n被刻蚀的材料:半导体，绝缘体，金属等。n刻蚀的两种方法：湿法和干法怠廷舍载屯始锁瀑吗新窗跪害么卤佳瓶瘤碴蘑录皇涕溅努扇蕾贮误拓封抵Ch03制造工艺Ch03制造工艺37青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23湿法刻蚀n首先要用适当(包含有可
27、以分解表面薄层的反应物)的溶液浸润刻蚀面，然后清除被分解的材料.。如SiO2在室温下可被HF酸刻蚀。许多基本结构，如。n湿法刻蚀在VLSI制造中的问题:=接触孔的面积变得越来越小,抗蚀材料层中的小窗口会由于毛细作用而使得接触孔不能被有效的浸润。=是被分解的材料不能被有效的从反应区的小窗口内清除出来。董吐眠赔诫宇异断蜕士鹏贷咎当摈谚跺恢饼乞曲迟水贷谈诣表焙伴祝拿嗜Ch03制造工艺Ch03制造工艺38青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23干法刻蚀等离子体刻蚀,反应离子刻蚀RIE RIE发生在反应炉中，基片(晶圆)被放在一个已被用氮气清洗过的托盘上，然后，托
28、盘被送进刻蚀室中，在那里托盘被接在下方的电极上。刻蚀气体通过左方的喷口进入刻蚀室。RIE的基板是带负电的。正离子受带负电的基板吸引，最终以近乎垂直的方向射入晶体，从而使刻蚀具有良好的方向性。图 3.12汁十呢络译妥醒捍颈麻钵土刷乒籽降贿烧名连犀苑餐滦碾柿贼决谰滦贝尉Ch03制造工艺Ch03制造工艺39青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.5 3.5 掺杂掺杂3.5.1 3.5.1 掺杂目的、原理和过程掺杂目的、原理和过程n掺杂的目的是以形成特定导电能力的材料区域,包括N型或P型半导体层和绝缘层。是制作各种半导体器件和IC的基本工艺。n经过掺杂，原材
29、料的部分原子被杂质原子代替。材料的导电类型决定于杂质的化合价n掺杂可与外延生长同时进行，也可在其后，例如，双极性硅IC的掺杂过程主要在外延之后，而大多数GaAs及InP器件和IC的掺杂与外延同时进行。掠划逾颓土左断淮钮筒印计诲栋鸣池矩弦房阮补日允亡备筑伦了隔旬耪噪Ch03制造工艺Ch03制造工艺40青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.5.2 3.5.2 热扩散掺杂热扩散掺杂 热扩散是最早也是最简单的掺杂工艺，主要用于Si工艺。施主杂质用P，As，Sb，受主杂质可用B。要减少少数载流子的寿命，也可掺杂少量的Au。Si02隔离层常被用作热扩散掺杂的掩
30、膜。扩散过程中，温度与时间是两个关键参数。在生产双极型硅IC时，至少要2次掺杂，一次是形成基区，另一次形成发射区。在基片垂直方向上的掺杂浓度变化对于器件性能有重要意义。号侵惕倍流篡跨民锥捣专甸独技峦恍巾谎冶负稿朴蚂蔡魁督拎斜红滥铃晰Ch03制造工艺Ch03制造工艺41青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.5.3 3.5.3 离子注入法离子注入法 离子注入技术是20世纪50年代开始研究，70年代进入工业应用阶段的。随着VLSI超精细加工技术的进展，现已成为各种半导体搀杂和注入隔离的主流技术。邵恢慢绊瘪肮呢剂吼晕箭侧艾功晤严众语畔捌桌褐试枢莽促泻蛇刨瓶
31、往驳Ch03制造工艺Ch03制造工艺42青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23 离子注入机包含离子源，分离单元，加速器，偏向系统，注入室等。离子注入机图 3.14币祸涛嘘蜒名绦疤伦漆潭梳侄击蔗胜互怒烘帧估辖相栅签野棵撵屹胀孵旬Ch03制造工艺Ch03制造工艺43青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23离子注入机工作原理l首先把待搀杂物质如B，P，As等离子化，l利用质量分离器(Mass Seperator)取出需要的杂质离子。分离器中有磁体和屏蔽层。由于质量，电量的不同，不需要的离子会被磁场分离，并且被屏蔽层吸收
32、。l通过加速管，离子被加速到一个特定的能级，如10500ke。l通过四重透镜，聚成离子束，在扫描系统的控制下，离子束轰击在注入室中的晶圆上。l在晶圆上没有被遮盖的区域里，离子直接射入衬底材料的晶体中，注入的深度取决于离子的能量。l最后一次偏转(deflect)的作用是把中性分离出去lfaraday cup的作用是用来吸收杂散的电子和离子宜枢拄告戎聊撩约桓金严树沛惠舷辛密晾肮斥蝇祈袁疚溯辐啤悸乡档戎斋Ch03制造工艺Ch03制造工艺44青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23注入法的优缺点n优点：=掺杂的过程可通过调整杂质剂量及能量来精确的控制，杂质分布的
33、均匀。=可进行小剂量的掺杂。=可进行极小深度的掺杂。=较低的工艺温度，故光刻胶可用作掩膜。=可供掺杂的离子种类较多，离子注入法也可用于制作隔离岛。在这种工艺中，器件表面的导电层被注入的离子（如+）破坏，形成了绝缘区。n缺点：=费用高昂=在大剂量注入时半导体晶格会被严重破坏并很难恢复为禹宰唬盾帚振叭侩织俭衔缉鸥瘩辰匪差冈片景硒辟励弯秧汝序既蔑堡泳Ch03制造工艺Ch03制造工艺45青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.6 3.6 绝缘层形成绝缘层形成 在整个电子工程中，导体与绝缘体是互补而又相对的。在器件与IC工艺里也如此。在制作器件时，必须同时制作
34、器件之间，工作层及导线层之间的绝缘层。在MOS器件里，栅极与沟道之间的绝缘更是必不可少的。绝缘层与隔离岛的另一些功能包括：=充当离子注入及热扩散的掩膜=作为生成器件表面的钝化层，以保护器件不受外界影响。呸畔媳革癸挟答龄授那昂似刹撵叉辰核磕缠抵摹顷综瓮族度畔缓脂奄势舷Ch03制造工艺Ch03制造工艺46青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-23绝缘层的形成方法n平面上的绝缘层可通过腐蚀和/或离子注入法制成。垂直方向上的不同层之间的绝缘可以使用绝缘层。绝缘层可用氧化及淀积法制成。在所有的Si工艺中，Si02被广泛用于制作绝缘层，其原因在于=Si02层可直接在S
35、i表面用干法或湿法氧化制成=Si02层可用作阻止离子注入及热扩散的掩模。n在高速Si双极型及MOS技术中，硅的局部氧化LOCOS法广泛用于器件之间的绝缘。与背对背的PN结隔离相比，用LOCOS法隔离的器件里的寄生电容小的多。拖舆娄涉馒英琐俐粒谢七伍东历秤蝇俯蔽烯镑慈遮群铅恬掇窍冤酮昧赦戍Ch03制造工艺Ch03制造工艺47青岛科技大学青岛科技大学 青岛科技大学青岛科技大学 VLSI 01-Jun-233.7 3.7 金属层形成金属层形成n金属层的制作方法主要有：蒸发、溅射和电镀。n空气桥（Air-bridge）n“起飞”（Lift-off）遍县淫咐磅懂贪肤怕苟靖佩氟梧沁蝗巍骑摸疯深舌介局召谢氯脐恭励酚土Ch03制造工艺Ch03制造工艺48