微电子工艺课程总结
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➢特征尺寸继续等比例缩小 ➢ 集 成 电 路 (IC )将 发 展 成 为 系 统 芯 片 (SO C ) ➢微电子技术与其它领域相结合将产生新的产业
和 新 的 学 科 ， 例 如 MEMS、 DNA芯 片 等
2021/3/11
三、器件与集成电路制造工艺 简介
1、硅外延平面晶体管制造工艺（了解） （3DK3 —NPN型开关管）
C V (恒 压 )律 1/ 1 2 1
1/ 1 / 2 3 1/ 1 / 2 2
Q CE(准 恒 场 )律 1/ / / 2/ 1/ 1 / 3/ 2 3 2/ 3 1 / 2 2
2021/3/11
微电子技术的 三个发展方向
2021/3/11
微电子技术的三个发展方向
21世 纪 硅 微 电 子 技 术 的 三 个 主 要 发 展 方 向
2021/3/11
表1 周期表中用作半导体的元素
•
Ⅱ族
• 第2周期
• 第3周期
• 第4周期Zn
• 第5周期Cd
• 第6周期Hg
Ⅲ族 Ⅳ族 Ⅴ族 Ⅵ族 BCN Al Si P S Ga Ge As Se In Sn Sb Te
Pb
二、对衬底材料的要求（了解）
2021/3/11
§1.2 单晶的制备（了解）
等比例缩小 (Scaling-dow n)定 律
2021/3/11
参数 器 件 尺 寸 L, W, tox等
电源电压 掺杂浓度 阈值电压
电流 负载电容 电场强度 门延迟时间
功耗 功耗密度 功耗延迟积
栅电容 面积
集成密度
CE(恒 场 )律 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1 1/ 1 / 2 1 1 / 3 1 / 2 2
一,离子注入设备（了解）
2021/3/11
• 二. 能量损失模型（掌握） • 1.核阻挡模型 • 2.电子阻挡模型 • 三. 注入深度（熟悉） 1.总射程R ① E0 <Ene,即以核阻挡为主，令Se(E)=0,则
R≈k1E0 ②E0 >Ene,即以电子阻挡为主，令Sn(E)=0,则
③表面浓度Ns--查图法（了解）
④次表面浓度和次表面薄层电阻（了解） ⑤击穿特性(了解） 三. 扩散方法（了解）
2021/3/11
§2-2 离子注入
• 特点（熟悉）
①注入温度低②掺杂数目完全受控③无污染④横向扩散 小⑤不受固溶度限制⑥注入深度随离子能量的增加而 增加
• 缺点： ①损伤(缺陷)较多:必须退火。 ②成本高
识2别021/3晶/11 向和导电类型
三、晶片加工（了解） • 切片、磨片、抛光
ห้องสมุดไป่ตู้2021/3/11
第二章 掺杂技术（熟悉、掌握 ）
• §1 扩散
一、 扩散原理（熟悉）
本质上：扩散是微观粒子做无规则热运动的统计结果。 方向上：高浓度向低浓度扩散。
1.菲克第一定律 J=-D·▽N
2021/3/11
2.扩散模型（掌握）
微电子工艺课程总结
• 绪论（了解）
• 一、微电子技术发展历史
2021/3/11
二、微电子技术发展的规律与 趋势
Moore定律
1965年Intel公司的创始人之一 Gordon E. Moore预言集成电路产 业的发展规律
➢ 集成电路的集成度每三年 增长四倍，
➢ 特征尺寸每三年缩小 2 倍
2021/3/11
• 一、直拉法（CZ法）
• 二、悬浮区熔法（float-zone， FZ法）
• 三、水平区熔法（布里吉曼法） ---GaAs单晶
2021/3/11
§1.3 衬底制备
一、晶体定向（了解）
1．光图像定向法（表1.11） 2. X射线衍射法
二、晶面标识（熟悉）
1．主参考面（主定位面，主标志面） ①作为选定芯片图形与晶体取向关系的参考； ②作为硅片（晶锭）机械加工定位的参考面； ③作为硅片装架的接触位置，可减少硅片损耗； 2.次参考面（次定位面，次标志面）
①间隙式扩散 ② 替位（代位）式扩散
3.扩散系数（熟悉）
D=D0 exp(-Ea /kT)
• D0—表观扩散系数，Ea—激活能； • D是描述粒子扩散快慢的物理量，是微观扩散的宏观描
述。
2021/3/11
• 3.菲克第二定律—扩散方程（掌握）
N t
D
2N 2x
2021/3/11
二、扩散杂质的浓度分布
•
－－高斯分布
•
结深 xj 2
2021/3/11
D(tlnNS )1/2 NB
2021/3/11
3．两步扩散工艺(熟悉）
• 第一步：较低温度下，预淀积； • 第二步：较高温度下，再分布； • 两步法的浓度分布： ①预淀积（恒定源扩散） ――余误差分布； • 目的:准确控制表面杂质总量Q。
Q 2Ns1
1.恒定表面源扩散/恒定表面浓度扩散（掌握）
• 定义（特征）: 在扩散过程中，Si片表面的杂质浓度始 终不变。 例如：预淀积，箱法扩散
N (x ,t) N s[1 e(r2f x D ) t]N ser (2 fx D c)t
余误差分布
2021/3/11
• 杂质总量
Q 0 N (x ,t) d x 0 N s e( r 2 x f D c ) dt x 2 N s D 1 .t 1N s 3Dt
2、PN结隔离双极型集成电路制造工艺（了解） 3、集成电路的特有工艺 （熟悉）
①隔离扩散 ②埋层扩散
2021/3/11
第一章 衬底制备
§1.1 衬底材料（了解）
一、衬底材料的类型
1. 元素半导体 Si、Ge、C（金刚石） 2. 化合物半导体 GaAs、SiGe 、SiC 、GaN、
ZnO 、HgCdTe 3. 绝缘体 蓝宝石
• 结深
Xj
2
Detrfc1(NB) Ns
2021/3/11
2021/3/11
2.有限表面源扩散/恒定杂质总量 扩散(掌握)
• 定义（特点）：在扩散过程中，杂质源限定于扩散前 淀积在晶片表面极薄层内的杂质总量Q，没有补充，也 不会减少。
• 例如：再分布。
Q
x2
x2
N (x)Detx4 pD () tN sex4 pD ()t
D1t1
②再分布（有限源扩散）―高斯分布
• 目的：达到所需的Ns和Xj
N20s221/3/112Ns1
D1t1 D2t2
4.实际杂质分布（了解）
5．扩散层质量参数（了解）
①结深的测量（熟悉）
a.磨角染色法：
b.滚槽染色法：
②方块电阻R□(RS)
1 1
R?
X X qQ 2021/3/11
j
j
和 新 的 学 科 ， 例 如 MEMS、 DNA芯 片 等
2021/3/11
三、器件与集成电路制造工艺 简介
1、硅外延平面晶体管制造工艺（了解） （3DK3 —NPN型开关管）
C V (恒 压 )律 1/ 1 2 1
1/ 1 / 2 3 1/ 1 / 2 2
Q CE(准 恒 场 )律 1/ / / 2/ 1/ 1 / 3/ 2 3 2/ 3 1 / 2 2
2021/3/11
微电子技术的 三个发展方向
2021/3/11
微电子技术的三个发展方向
21世 纪 硅 微 电 子 技 术 的 三 个 主 要 发 展 方 向
2021/3/11
表1 周期表中用作半导体的元素
•
Ⅱ族
• 第2周期
• 第3周期
• 第4周期Zn
• 第5周期Cd
• 第6周期Hg
Ⅲ族 Ⅳ族 Ⅴ族 Ⅵ族 BCN Al Si P S Ga Ge As Se In Sn Sb Te
Pb
二、对衬底材料的要求（了解）
2021/3/11
§1.2 单晶的制备（了解）
等比例缩小 (Scaling-dow n)定 律
2021/3/11
参数 器 件 尺 寸 L, W, tox等
电源电压 掺杂浓度 阈值电压
电流 负载电容 电场强度 门延迟时间
功耗 功耗密度 功耗延迟积
栅电容 面积
集成密度
CE(恒 场 )律 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1 1/ 1 / 2 1 1 / 3 1 / 2 2
一,离子注入设备（了解）
2021/3/11
• 二. 能量损失模型（掌握） • 1.核阻挡模型 • 2.电子阻挡模型 • 三. 注入深度（熟悉） 1.总射程R ① E0 <Ene,即以核阻挡为主，令Se(E)=0,则
R≈k1E0 ②E0 >Ene,即以电子阻挡为主，令Sn(E)=0,则
③表面浓度Ns--查图法（了解）
④次表面浓度和次表面薄层电阻（了解） ⑤击穿特性(了解） 三. 扩散方法（了解）
2021/3/11
§2-2 离子注入
• 特点（熟悉）
①注入温度低②掺杂数目完全受控③无污染④横向扩散 小⑤不受固溶度限制⑥注入深度随离子能量的增加而 增加
• 缺点： ①损伤(缺陷)较多:必须退火。 ②成本高
识2别021/3晶/11 向和导电类型
三、晶片加工（了解） • 切片、磨片、抛光
ห้องสมุดไป่ตู้2021/3/11
第二章 掺杂技术（熟悉、掌握 ）
• §1 扩散
一、 扩散原理（熟悉）
本质上：扩散是微观粒子做无规则热运动的统计结果。 方向上：高浓度向低浓度扩散。
1.菲克第一定律 J=-D·▽N
2021/3/11
2.扩散模型（掌握）
微电子工艺课程总结
• 绪论（了解）
• 一、微电子技术发展历史
2021/3/11
二、微电子技术发展的规律与 趋势
Moore定律
1965年Intel公司的创始人之一 Gordon E. Moore预言集成电路产 业的发展规律
➢ 集成电路的集成度每三年 增长四倍，
➢ 特征尺寸每三年缩小 2 倍
2021/3/11
• 一、直拉法（CZ法）
• 二、悬浮区熔法（float-zone， FZ法）
• 三、水平区熔法（布里吉曼法） ---GaAs单晶
2021/3/11
§1.3 衬底制备
一、晶体定向（了解）
1．光图像定向法（表1.11） 2. X射线衍射法
二、晶面标识（熟悉）
1．主参考面（主定位面，主标志面） ①作为选定芯片图形与晶体取向关系的参考； ②作为硅片（晶锭）机械加工定位的参考面； ③作为硅片装架的接触位置，可减少硅片损耗； 2.次参考面（次定位面，次标志面）
①间隙式扩散 ② 替位（代位）式扩散
3.扩散系数（熟悉）
D=D0 exp(-Ea /kT)
• D0—表观扩散系数，Ea—激活能； • D是描述粒子扩散快慢的物理量，是微观扩散的宏观描
述。
2021/3/11
• 3.菲克第二定律—扩散方程（掌握）
N t
D
2N 2x
2021/3/11
二、扩散杂质的浓度分布
•
－－高斯分布
•
结深 xj 2
2021/3/11
D(tlnNS )1/2 NB
2021/3/11
3．两步扩散工艺(熟悉）
• 第一步：较低温度下，预淀积； • 第二步：较高温度下，再分布； • 两步法的浓度分布： ①预淀积（恒定源扩散） ――余误差分布； • 目的:准确控制表面杂质总量Q。
Q 2Ns1
1.恒定表面源扩散/恒定表面浓度扩散（掌握）
• 定义（特征）: 在扩散过程中，Si片表面的杂质浓度始 终不变。 例如：预淀积，箱法扩散
N (x ,t) N s[1 e(r2f x D ) t]N ser (2 fx D c)t
余误差分布
2021/3/11
• 杂质总量
Q 0 N (x ,t) d x 0 N s e( r 2 x f D c ) dt x 2 N s D 1 .t 1N s 3Dt
2、PN结隔离双极型集成电路制造工艺（了解） 3、集成电路的特有工艺 （熟悉）
①隔离扩散 ②埋层扩散
2021/3/11
第一章 衬底制备
§1.1 衬底材料（了解）
一、衬底材料的类型
1. 元素半导体 Si、Ge、C（金刚石） 2. 化合物半导体 GaAs、SiGe 、SiC 、GaN、
ZnO 、HgCdTe 3. 绝缘体 蓝宝石
• 结深
Xj
2
Detrfc1(NB) Ns
2021/3/11
2021/3/11
2.有限表面源扩散/恒定杂质总量 扩散(掌握)
• 定义（特点）：在扩散过程中，杂质源限定于扩散前 淀积在晶片表面极薄层内的杂质总量Q，没有补充，也 不会减少。
• 例如：再分布。
Q
x2
x2
N (x)Detx4 pD () tN sex4 pD ()t
D1t1
②再分布（有限源扩散）―高斯分布
• 目的：达到所需的Ns和Xj
N20s221/3/112Ns1
D1t1 D2t2
4.实际杂质分布（了解）
5．扩散层质量参数（了解）
①结深的测量（熟悉）
a.磨角染色法：
b.滚槽染色法：
②方块电阻R□(RS)
1 1
R?
X X qQ 2021/3/11
j
j