集成电路基本制造技术

2. 二氧化硅膜的性质
不同方法制备的二氧化硅膜的物理性质有所不同如 密度、折射率、电阻率、介电常数、介电强度等 二氧化硅膜的化学性质：有极高的化学稳定性，不溶 于水，除氢氟酸外，其他酸与其不起作用，可以被 HF 所腐蚀，二氧化硅膜的绝缘性能。Si—SiO2的界面特 性 在此界面上与存在着二氧化硅层中的可动离子电荷， 所以控制Si—SiO2中的电荷数目及漂移是关注的问题 之一。
2.１ 四氯化硅氢还原法
1200℃
SiCl4 + 2H2 == Si + 4HCl
2.2 硅烷热分解法外延
>600℃
SiH4 ===== Si
+ 2H2
3
氧化技术
氧化工艺是集成电路制造中的基本工艺。为满足 集成电路制造的要求，出现了制备二氧化硅膜的多 种方法。 1 二氧化硅膜的结构 热氧化工艺生长的二氧化硅薄膜具有无定形玻 璃状结构。这种结构的基本单元是一个由Si—O 原子组成的正四面体，
热氧化工艺
在半导体生产中，普遍采用干氧一湿氧一干氧交 替的氧化方法。
4 掺杂技术
掺杂是人为的方法.将所需杂质按要求的浓度与分 布掺入到材料中,以达到改变材料的电学性质,形成 半导体器件的目的。利用掺杂技术可以制备 p—n结， 电阻器、欧姆接触和互连线等。 掺杂技术在集成电路制造中主要采用扩散法与离 子注入法。应根据实际需要，选择合适的掺杂方法。
（3）切片 切片是硅片制备中百度文库要工序，其四个重要工艺 参数，即晶向、原度、平行度、翘度。抛光是硅 片表面的最后一次重要加工，也是精细的表面加 工，抛光后的硅片表面应当是结净的，无加工伤 痕的，平整的和镜面光滑的。
1.3 陶瓷
•陶瓷狭义的概念系指以粘土、长石和石英等原料经制 备、成型、干燥、烧结而成的制品。其主要成分是硅 酸盐类。 •集成电路用陶瓷是功能陶瓷，是氧化铝陶瓷。除去化 学惰性、机械稳定性、表面质量外，它具有高强度， 耐高温（或具有耐热性好），耐腐蚀，耐磨，还具有 多极性、介电性、压电性、光电性，绝缘等优良品质。 •功能陶瓷具有压电性的亦称为压电陶瓷，它具有电致 伸缩的特性 。常用的压电陶瓷有钛酸（BT）、锆钛酸 铝（BZT）、改性锆钛酸铝，偏铌酸铝（PN）、铌酸铝 钡锂（PBLN）、改性钛酸铝（PT）等。
多晶硅
单晶硅是指整个晶体内原子都是周期性的规则排列 , 而多晶是指在晶体内各个局部区域里原子是周期性的 规则排列,但不同局部区域之间原子的排列方向并不相 同。因此多晶体也看作是由许多取向不同的小单晶体 组成的，如图2所示。 多晶硅薄膜具有与单晶硅相近的敏感特性、机械特 性，它在微机械加工技术中多用于作为中间加工层材 料。在工艺上可与单晶硅工艺相容，又能进行精细加 工，而且还可以根据器件的需要充当绝缘体、导体和 半导体。
4.1.1扩散原理 扩散运动是微现粒子热运动的统计结果.在一定 温度下杂质原子具有一定的能量,能够克服 某种 阻力进入半导体,并在其中缓慢的迁物运动.这些杂 质原子不是代替硅原子的位置,而是处在晶体的间 隙中,因此扩散有替位式扩散和间隙式扩散两种方 式。扩散运动总是从浓度高的地方向浓度低的地方 移动,宏观上看,好象有一个力使原子沿着浓度下降 的方向运动,运动的快慢与温度,浓度梯度有关。
多晶硅薄膜具有与单晶硅相近 的敏感特性、机械特性，它在微 机械加工技术中多用于作为中间 加工层材料。在工艺上可与单晶 硅工艺相容，又能进行精细加工， 而且还可以根据器件的需要充当 绝缘体、导体和半导体。
1.2 硅片制造
随着单晶硅园片直径越来越大，制造集成电路会出 现以下问题 （1）硅片电参数径向均匀性质差 （2）硅片平整度的问题 （3）采用低温加工环境
2 薄膜制造，外延生长
•集成电路芯片制造过程，实际上是在衬底上多次反 复进行薄膜形成，掺杂与光刻等过程。 •薄膜制备方法有两类，物理淀积与化学淀积。真空 蒸发，阴极溅射，分子束外延等属于物理淀积。利用 化学反应过程的生产方法，称为化学淀积法。它又分 为化学液相淀积与化学气相淀积两类，外延是一种化 学气相淀积，热氧化也是一种化学淀积。
1.2.3
硅片制备
从单晶硅锭到硅片抛光需要经过多次机械加工和 化学腐蚀，表面抛光以及清洗，检测和若干其他辅 助工艺。 （1）晶向测定 在籽晶切割，定位面研磨和切片操作之前，需要 进行定向，使晶向及其偏差范围符合工艺规范要求， 用X射线衍射定向法测定。 （2）机械加工 单晶硅外形整理，切割分段，外圆滚磨和定位面 研磨等，然后进行切片。对于大直径单晶硅，应使 用带式切割机切断。
1.2.1 单晶生长
工业上使用的单晶炉，普遍采用石墨电阻加热式 单晶炉。其组成部分有炉腔部分、提升机构，气参 控制、电子控制和电源。 拉晶过程中必须在真空或高纯惰性气氛中进行， 以免熔硅和石墨在高温下氧化。可供选择的惰性气 体有氦或氩。 1.2.2拉晶过程 位错通过悬挂链和应力场的作用，直接影响载流 子的传导过程，因此集成电路制造中应当采用无位 错或少位错的硅单晶。
集成电路基本制造技术
集成电路制造程序
硅片
薄膜制备
掩膜制造
光 刻 刻 蚀 测 试
掺 杂
切 割 封 装
1 集成电路使用的材料
1.1硅材料
分单晶硅、多晶硅和非晶硅。 单晶硅具有优良的物理性质，其机械稳定性能良好 ，滞后和蠕变极小，质量轻，密度小。力学性能好， 具有高的强度密度比和高的刚度密度比。表 1 各向异性：硅属于立方晶体结构。硅单晶在晶面上 的原子密度是以（111）>（110）>（100）的次序递 减，因此扩散速度是以（111）<（110）<（100）方 向递增.腐蚀速度也是以（111）<（110）<（100）的 顺序而增加
在单晶硅衬底上生长一层新薄层单晶的技术，称 为外延生长。
外延生长之所以重要，在于外延层中的杂质浓度 可以方便地通过控制反应气流中的杂质含量加以调 节，而不依赖于衬底中的杂质种类与掺杂水平。
硅半导体器件与集成电路中通常采用硅气相外延 法。气相外延（VPE）利用硅的气态化合物或者液 态化合物的蒸气，在加热的硅衬底表面与发生反应 或自身发生分解反应，还原出硅，并以单晶形式淀 积在衬底表面。具体方法有四氯化硅氢还原法；硅 烷热分解法外延。