微电子工艺课件分析
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微电子工艺学课件_4
工艺步骤数：4G DRAM，500 步工艺
工艺步骤增加
每步 99% Ytotal < 1%
成品率下降
每步99.99% Ytotal 95%
硅片直径：14.5% 不完整芯片（Φ 200mm）
10.8% 不完整芯片（Φ 300mm） ✔
？ 芯片尺寸： 芯片尺寸 成品率
例：2 英寸硅片，缺陷密度 D＝1/cm2
随机问题：保护膜上的针孔、颗粒在硅片上的粘附、金属线的腐蚀等。
工艺成熟性
起步阶段 上升阶段 成熟阶段
Yrandom 20％ 80％ 90％
Ysystematic 80％ 90％ 95％
Ytotal 16％ 72％ 86％
利润最大化
!!!
5
器件总成品率 = 工艺各步骤成品率的乘积（Ytotal = ∏Yi）
0
less random/independent (ex. Clustering)
Negative Binomial (C = 2)
ITRS needs
Negative Binomial (C = 10)
D = 1 cm -2 O
Poisson
•Defects are random
and independent
Particle Density Probability of Particle Causing Yield Loss
1
dp 最小工艺特征尺寸 0.8
0.6 直径 > dp的颗粒数目
N(dp)=k(dp)3
0.4
0.2 极小颗粒的影响也不为0
?00.1.1-~00.3.3祄m
Particle Diameter
4
影响成品率的因素：
微电子工艺课件资料
三、起始材料--石英岩（高纯度硅砂--SiO2）
1. SiO2+SiC→Si(s)+SiO(g)+CO(g) 冶金级硅：98%；
300oC
2. Si(s)+3HCl(g) →SiHCl3(g)+H2 三氯硅烷室温下呈液态沸点为32℃，利用分馏法去 除杂质；
3. SiHCl3(g)+ H2→Si(s)+ 3HCl(g) 得到电子级硅（片状多晶硅）。
Si：
• 含量丰富，占地壳重量25%；
• 单晶Si 生长工艺简单，目前直径最大18英吋 （450mm）
• 氧化特性好， Si/SiO2界面性能理想，可做掩蔽膜、 钝化膜、介质隔离、绝缘栅等介质材料；
• 易于实现平面工艺技术；
• 直径
二、对衬底材料的要求
• 导电类型：N型与P型都易制备；
• 晶向：Si:双极器件--<111>；MOS--<100>；
4. 放肩
缩颈工艺完成后，略降低温度（15-40℃） ，让晶体逐 渐长大到所需的直径为止。这称为“放肩”。
5. 等径生长
当晶体直径到达所需尺寸后，提高拉速，使晶体直径不再 增大，称为收肩。收肩后保持晶体直径不变，就是等径生长。 此时要严格控制温度和拉速。
6. 收晶
晶体生长所需长度后，升高熔体温度或熔体温度不变， 加快拉速，使晶体脱离熔体液面。
有效分凝系数
当结晶速度大于杂质在熔体中的扩散速度时，杂质在界面 附近熔体中堆积，形成浓度梯度。
按照分凝系数定义：
k0
Cs Cl (0)
由于Cl(0)未知，然而为了描述 界面粘滞层中杂质浓度偏离对固 相中的杂质浓度的影响，引入有效 分凝系数ke:
微电子工艺PPT课件
集成电 路应用
.
5
半导体产业结构
.
6
我国集成电路产业在世界中的地位
1、中国目前进口第一多的商品不是原油，是芯片，一 年进口2500亿美元。 2、我国集成电路产业处在世界的中下端，属于集成电 路消费大国、制造大国，粗放型、高投入、低利润。 3、缺少高端设计，设备主要被国外垄断。 4、集成电路产业是国家的命脉，走到了危险的边缘， 不能再继续落后下去。
.
7
2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》
1、集成电路定位
它是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性 和先导性产业，当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚 期。
2、发展目标
到2015年，集成电路产业销售超3500亿元。移动智能终端、网络通信等部分重点 领域集成电路设计技术接近国际一流水平。32/28纳米（nm）制造工艺实现规模量产， 中高端封装测试销售收入占封装测试业总收入比例达到30%以上，65-45nm关键设备和 12英寸硅片等关键材料在生产线上得到应用。
1、2014年全球半导体市场规模达到3331亿美元，同比增长9%，为近四年增速之最。 2、从产业链结构看。制造业、IC设计业、封装和测试业分别占全球半导体产业整体营业收入 的50%、27%、和23%。 3、从产品结构看。模拟芯片、处理器芯片、逻辑芯片和存储芯片2014年销售额分别442.1 亿美元、622.1亿美元、859.3亿美元和786.1亿美元，分别占全球集成电路市场份额的 16.1%、22.6%、32.6%和28.6%。
电子工业出版社，2003
考核方式：考勤20+作业10+考试（闭卷）70
.
2
第0章 绪论
.
5
半导体产业结构
.
6
我国集成电路产业在世界中的地位
1、中国目前进口第一多的商品不是原油，是芯片，一 年进口2500亿美元。 2、我国集成电路产业处在世界的中下端，属于集成电 路消费大国、制造大国，粗放型、高投入、低利润。 3、缺少高端设计，设备主要被国外垄断。 4、集成电路产业是国家的命脉，走到了危险的边缘， 不能再继续落后下去。
.
7
2014年6月，《国家集成电路产业发展推进纲要》
1、集成电路定位
它是信息技术产业的核心，是支撑经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性 和先导性产业，当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚 期。
2、发展目标
到2015年，集成电路产业销售超3500亿元。移动智能终端、网络通信等部分重点 领域集成电路设计技术接近国际一流水平。32/28纳米（nm）制造工艺实现规模量产， 中高端封装测试销售收入占封装测试业总收入比例达到30%以上，65-45nm关键设备和 12英寸硅片等关键材料在生产线上得到应用。
1、2014年全球半导体市场规模达到3331亿美元，同比增长9%，为近四年增速之最。 2、从产业链结构看。制造业、IC设计业、封装和测试业分别占全球半导体产业整体营业收入 的50%、27%、和23%。 3、从产品结构看。模拟芯片、处理器芯片、逻辑芯片和存储芯片2014年销售额分别442.1 亿美元、622.1亿美元、859.3亿美元和786.1亿美元，分别占全球集成电路市场份额的 16.1%、22.6%、32.6%和28.6%。
电子工业出版社，2003
考核方式：考勤20+作业10+考试（闭卷）70
.
2
第0章 绪论
《微电子工艺实验》课件
微电子基础
半导体材料
介绍半导体材料的特性和 用途。
PN结的特性
解释PN结在微电子中的重 要性和特征。
晶体管的基础知识
讲解晶体管的工作原理和 应用。
工艺流程
1
制程图
详细展示微电子工艺的流程和步骤。
2
工艺流程步骤
逐步介绍微电子工艺的各个步骤和操作。
3
介质与薄膜敷 deposition
Hale Waihona Puke 探讨介质材料和薄膜敷的工艺和应用。
工艺装备及材料
微细加工设备介绍
介绍常用的微细加工设备及其功能和用途。
典型微电子工艺材料
列举和解释一些常见的微电子工艺材料。
微电子工艺实验
实验一：制 作硅片测试 样品
详细描述制作硅片 测试样品的实验步 骤与要点。
实验二：光 刻制作器
介绍使用光刻制作 器进行微电子加工 的实验过程。
实验三：湿 法刻蚀
《微电子工艺实验》PPT 课件
在本课件中，将介绍《微电子工艺实验》课程的内容和目标，以及实验所需 的基础知识和工艺流程。通过该课程，您将深入了解微电子学的核心原理和 实践技巧。
绪论
课程简介
简要介绍《微电子工艺实验》的主题和内容。
实验教学要求
说明学生在实验中应遵守的规定和要求。
实验宗旨与目的
明确说明实验所追求的目标和意义。
实验现场注意事项
提醒学生在实验过程中需要注意的关键事项。
结论
课程总结
总结《微电子工艺实验》课程的重点和收获。
实验心得体会
分享学生参与实验后的体验和感悟。
参考文献
相关领域经典文献推荐
列出一些值得阅读的与微电子工艺实验相关的经典著作。
微电子工艺学课件_8
8
二、加速器
形成电场，使离子在电场作用下加速而得到一定的能量。 此外， 还具有聚焦离子束的功能，使离子束在预定的空间内运动。
离子的电荷数
E = nV
线性加速器
加速器两端电压差
能量：MeV 电流：mA
加速管
例如，如果一个正电荷离子经过电势差 为100 kV 的加速器加速，它的能量为：
E = nV keV
11
大束流机
2. 扫描系统：通常离子流截面较小（约在mm2 量级），且密 度和能量分布不均匀。因此，必须利用扫描方式，使离子流 均匀地扫过晶片表面，以达到均匀注入的目的。
静电离子束扫描
3. 靶室：实际的离子注入发生在靶室内，又称 终端舱室。内有安装靶片的样品架以及进出机 械装置。样品架上备有对靶片进行加热或冷却 的装置并与电荷积分仪相连以检测注入剂量。
9
剂量与能量图
典型注入参数
离子：P, As, Sb, B, In, O 剂量：1011 ~ 1018 cm-2 能量：1 ~ 400 keV 可重复性和均匀性: ±1% 温度：室温 流量：1012 ~ 1014 cm-2s-1
10
三、终端台：聚焦和扫描系统、靶室、 中和系统、终端分析
具有一定形状的电极或磁极， 形成适当的电场或磁场分布
点 低温工艺，掩蔽膜选择余地大、易于实施化合物半导体掺杂 垂直入射，横向扩散几乎不存在，有利于器件特征尺寸的缩小
会在晶体中引入晶格损伤
缺 点
产率低
设备复杂，投资大
4
控制杂质浓度和深度
5
8.2 离子注入系统
For low E implant no acceleration
AsH3 PH3 BF2 in 15% H2, all very toxic
二、加速器
形成电场，使离子在电场作用下加速而得到一定的能量。 此外， 还具有聚焦离子束的功能，使离子束在预定的空间内运动。
离子的电荷数
E = nV
线性加速器
加速器两端电压差
能量：MeV 电流：mA
加速管
例如，如果一个正电荷离子经过电势差 为100 kV 的加速器加速，它的能量为：
E = nV keV
11
大束流机
2. 扫描系统：通常离子流截面较小（约在mm2 量级），且密 度和能量分布不均匀。因此，必须利用扫描方式，使离子流 均匀地扫过晶片表面，以达到均匀注入的目的。
静电离子束扫描
3. 靶室：实际的离子注入发生在靶室内，又称 终端舱室。内有安装靶片的样品架以及进出机 械装置。样品架上备有对靶片进行加热或冷却 的装置并与电荷积分仪相连以检测注入剂量。
9
剂量与能量图
典型注入参数
离子：P, As, Sb, B, In, O 剂量：1011 ~ 1018 cm-2 能量：1 ~ 400 keV 可重复性和均匀性: ±1% 温度：室温 流量：1012 ~ 1014 cm-2s-1
10
三、终端台：聚焦和扫描系统、靶室、 中和系统、终端分析
具有一定形状的电极或磁极， 形成适当的电场或磁场分布
点 低温工艺，掩蔽膜选择余地大、易于实施化合物半导体掺杂 垂直入射，横向扩散几乎不存在，有利于器件特征尺寸的缩小
会在晶体中引入晶格损伤
缺 点
产率低
设备复杂，投资大
4
控制杂质浓度和深度
5
8.2 离子注入系统
For low E implant no acceleration
AsH3 PH3 BF2 in 15% H2, all very toxic
微电子工艺学课件_3
¾ 直径：由拉速决定；
φ200mm单晶, < 0.8mm/min
¾ 拉速：由远离结晶表面的加热
条件所限制；
¾ 氧含量：角色好坏参半；
¾ 碳含量：形成本征缺陷。
10
非惰性，可影响硅工艺过程，如杂质扩散
硅中的氧：10~20 ppm（5×1017~1018cm−3），定性而非定量模型
析出过程： 体积膨胀 （压应力）， 消耗 V 或产生 I。 Si-Si → Si-O-Si
一级：温度、拉晶速度；
二级：单晶和坩埚转速、 气体流量。
EGS中杂质 < 1 ppb，晶体生长引入 O （≈ 1018 cm-3） 和 C （≈ 1016 cm-3）， 融硅中掺杂杂质 P、B、As 等
Ar ambient
籽晶 单晶棒 石英坩埚 水冷腔 热屏蔽 碳加热器 石墨坩埚 坩埚基座
溢出托盘 电极
6
3.2 单晶生长
原材料 多晶半导体
单晶 晶片
Si/SiO2 蒸馏和还原
GaAs/Ga, As 合成
晶体生长
晶体生长
研磨、切割、 抛光
研磨、切割、 抛光
7
硅砂（SiO2ppb purity，最纯材料
电子级硅（EGS）
高温碳还原
高温氯化
高温氢还原
1600-1800°C
显然，
dS S
=
k0
−dM M0 − M
已知初始掺杂总量为C0M0，对上式积分：
=S M0 −
S dS S C0M0
M
= k0
解此方程，可得： Cs
=
k0C0 (1 −
M M0
)k0 −1
M −dM 0 M0 − M
18
微电子工艺学课件_11
微电子工艺学
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
绪论 现代 CMOS 工艺技术 晶体生长与衬底制备 加工环境与基片清洗 光刻 热氧化 扩散掺杂 离子注入掺杂 薄膜淀积 刻蚀 后段工艺与集成
1
第十一章 工艺集成
后段工艺（backend of the line technology，BEOL）
¾ 深槽隔离：采用固定宽度的深槽进行器件隔离，较
窄的槽宽度对存储器电路特别有吸引力，很适合器件
密度超过107 cm−2 的应用。 沟槽隔离工艺的特点：
LOCOS、PBL可用于技 术节点 ≥ 0.35~0.5 μm；
• 能实现高密度隔离；
< 0.35 μm 必须使用STI
• 一般在器件制备之前进行，热预算小；
108 12 1.8 >20 7.9 2.2 <2.1
2013 2016 2018
32 nm 22 nm 18 nm
18 nm 13 nm 10 nm
76
54
42
12
14
14
1.9
2.0
2.0
>20 >20 >20
10.3
14
16.4
2.2
2.2
2.2
<1.9 <1.7 <1.7
• Reduce metal resistivity - use Cu instead of Al. • Aspect ratio - advanced deposition, etching and planarization methods. • Reduce dielectric constant - use low-K materials.
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章
绪论 现代 CMOS 工艺技术 晶体生长与衬底制备 加工环境与基片清洗 光刻 热氧化 扩散掺杂 离子注入掺杂 薄膜淀积 刻蚀 后段工艺与集成
1
第十一章 工艺集成
后段工艺（backend of the line technology，BEOL）
¾ 深槽隔离：采用固定宽度的深槽进行器件隔离，较
窄的槽宽度对存储器电路特别有吸引力，很适合器件
密度超过107 cm−2 的应用。 沟槽隔离工艺的特点：
LOCOS、PBL可用于技 术节点 ≥ 0.35~0.5 μm；
• 能实现高密度隔离；
< 0.35 μm 必须使用STI
• 一般在器件制备之前进行，热预算小；
108 12 1.8 >20 7.9 2.2 <2.1
2013 2016 2018
32 nm 22 nm 18 nm
18 nm 13 nm 10 nm
76
54
42
12
14
14
1.9
2.0
2.0
>20 >20 >20
10.3
14
16.4
2.2
2.2
2.2
<1.9 <1.7 <1.7
• Reduce metal resistivity - use Cu instead of Al. • Aspect ratio - advanced deposition, etching and planarization methods. • Reduce dielectric constant - use low-K materials.
微电子讲义工艺课件10zhangb
第十章 氧化—10.2 氧化膜
掺杂阻挡（不能用于Al、Ga等）：
第十章 氧化—10.2 氧化—10.2 氧化膜
第十章 氧化—10.2 氧化膜
第十章 氧化—10.2 氧化膜
第十章 氧化—10.2 氧化膜
垫氧化层（减少Si3N4和Si衬底之间应力）：
3、无长程序；
第十章 氧化—10.2 氧化膜
第十章 氧化—10.2 氧化膜
氧化膜的用途：
1、保护器件免划伤和隔离沾污； 2、限制带电载流子场区隔离（表面钝化）； 3、栅氧或储存器单元结构中的介质材料； 4、掺杂中的注入掩蔽； 5、金属导电层间的介质层。
第十章 氧化—10.2 氧化膜
表面钝化：
第十章 氧化—10.2 氧化膜
微电子工艺课件10zhangb
精品
第十章 氧化
1、硅片表面热生长一层氧化层的能力是集成电路制造工 艺的基础之一，也是硅片取代锗片成为微电子工业最 重要基质材料的主要原因之一；
2、氧化物掩蔽技术从而实现对硅衬底选择性扩散掺杂； 3、氧化层具有高质量、稳定的介质特性； 4、用作栅结构（栅氧）、隔离（场氧）、氧化层屏蔽、
第十章 氧化—10.5.3 快速热处理
第十章 氧化—10.5.3 快速热处理
第十章 氧化—10.5.3 快速热处理
第十章 氧化—10.5.3 快速热处理
RTP主要应用：
1、注入退火，以消除缺陷并激活和扩散杂质 2、淀积膜的致密化 3、硼磷硅玻璃回流（为什么可以？） 4、阻挡层（如TiN）退火 5、硅化物（如TiSi2）形成 6、金属接触合金化
第十章 氧化—10.6 氧化工艺
目标：无缺陷、厚度均匀的SiO2薄膜。不同的氧化层
采用不同的生长办法。
微电子工艺PPT课件
1833年，英国科学家电子学之父法拉第最先发现硫化银的 电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下， 金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料 的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次 发现。
1874年，电报机、电话和无线电相继发明等早期电子仪器 亦造就了一项新兴的工业──电子业的诞生。
如今，渝德科技被中航集团收购，更名为中航微电子。我市已有西南集 成电路、中航微电子、奥特斯集成电路基板、台晶（重庆）电子、重庆石墨 烯科技公司、SK海力士、中电24所、四联微电子等集成电路生产和研发机构， 形成了设计-制造-封装的完备产业链，重庆大学和重庆邮电大学成立了半导 体学院培养集成电路人才。
.
20
1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔 数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；
1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA 公司研制出MOS场效应晶体管。
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天， 95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，这是一个里程碑 式的发明； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了 14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；
1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基 于8088推出全球第一台PC
.
115
本课程内容结构？
集成电路制造技术—原理与工艺
硅材料
集成电路工艺
集成和封装测试
第1单元
1 单晶硅结 构
2 硅锭及圆 片制备
1874年，电报机、电话和无线电相继发明等早期电子仪器 亦造就了一项新兴的工业──电子业的诞生。
如今，渝德科技被中航集团收购，更名为中航微电子。我市已有西南集 成电路、中航微电子、奥特斯集成电路基板、台晶（重庆）电子、重庆石墨 烯科技公司、SK海力士、中电24所、四联微电子等集成电路生产和研发机构， 形成了设计-制造-封装的完备产业链，重庆大学和重庆邮电大学成立了半导 体学院培养集成电路人才。
.
20
1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔 数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；
1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA 公司研制出MOS场效应晶体管。
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天， 95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，这是一个里程碑 式的发明； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了 14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；
1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基 于8088推出全球第一台PC
.
115
本课程内容结构？
集成电路制造技术—原理与工艺
硅材料
集成电路工艺
集成和封装测试
第1单元
1 单晶硅结 构
2 硅锭及圆 片制备
微电子工艺17zhang 共65页PPT资料
3
17.1 引言
杂质改变半导体的导电性
受主杂质 IIIA 族 (P-Type)
元素
原子序数
半导体 IVA 族
元素
原子序数
施主杂质 VA 族(N-Type)
元素
原子序数
Boron (B) Aluminum Gallium Indium
5
Carbon
6
Nitrogen
7
13
Silicon (Si)
14 Phosphorus (P)
B
Diffusion
B
Diffusion
C.倒掺杂 n-Well
P
Ion Implant
D. 倒掺杂 p-well
B
Ion Implant
E. p-Channel Punchthrough
P
Ion Implant
F. p-Channel Threshold Voltage (VT) Adjust
P
Ion Implant
Figure 17.5
18
离子注入机示意图
Ion source
Plasma Extraction assembly Analyzing magnet Ion beam
Acceleration column
Process chamber
Scanning disk
19
离子注入机
Photograph courtesy of Varian SemPihcootnod1u7c.1tor, VIISion 80 Source/Terminal side
Ion Source
N S
+
+
+
17.1 引言
杂质改变半导体的导电性
受主杂质 IIIA 族 (P-Type)
元素
原子序数
半导体 IVA 族
元素
原子序数
施主杂质 VA 族(N-Type)
元素
原子序数
Boron (B) Aluminum Gallium Indium
5
Carbon
6
Nitrogen
7
13
Silicon (Si)
14 Phosphorus (P)
B
Diffusion
B
Diffusion
C.倒掺杂 n-Well
P
Ion Implant
D. 倒掺杂 p-well
B
Ion Implant
E. p-Channel Punchthrough
P
Ion Implant
F. p-Channel Threshold Voltage (VT) Adjust
P
Ion Implant
Figure 17.5
18
离子注入机示意图
Ion source
Plasma Extraction assembly Analyzing magnet Ion beam
Acceleration column
Process chamber
Scanning disk
19
离子注入机
Photograph courtesy of Varian SemPihcootnod1u7c.1tor, VIISion 80 Source/Terminal side
Ion Source
N S
+
+
+
微电子工艺zhangPPT课件
第11页/共82页
12
第十一章 淀积—11.2.1 薄膜特性
第12页/共82页
13
第十一章 淀积—11.2.1 薄膜特性
第13页/共82页
14
第十一章 淀积—11.2.1 薄膜特性
第14页/共82页
15
第十一章 淀积—11.2.2 薄膜生长
薄膜生长三阶段： 1.晶核形成 2.聚集成束（岛生长） 3.形成连续膜 高表面速率、低的成核速度 低表面速率、高的成核速度 无定形膜 单晶 多晶
第18页/共82页
19
第十一章 淀积—11.3 化学汽相淀积
第19页/共82页
20
第十一章 淀积—11.3.1 CVD化学过
程
CVD 过程中5种基本化学反应：
1、高温分解（化学键断裂）；
2、光分解；
3、还原反应；
4、氧化反应；
5、氧化还原反应。
第20页/共82页
21
第十一章 淀积—11.3.2 CVD反应
29
第十一章 淀积—11.4 CVD淀积系统
CVD工艺具有不同的反应腔设计，常压CVD（APCVD） 和减压CVD，减压CVD分为LPCVD（热能）和等离子体 辅助减压CVD（热能和等离子体，PECVD和HDPCVD）
第29页/共82页
30
第十一章 淀积—11.4 CVD淀积系统
CVD反应器加热（热壁还是冷壁） LPCVD：反应速度限制；APCVD：质量输运限制
1
第十一章 淀积
薄膜分类： 1.导电薄膜 2.绝缘薄膜 （11章） 作用： 1.作为器件、电路的一部分（电感） 2.工艺中的牺牲层 内容安排： 11章 SiO2 Si3N4 多晶硅层 12章 金属层
第1页/共82页
12
第十一章 淀积—11.2.1 薄膜特性
第12页/共82页
13
第十一章 淀积—11.2.1 薄膜特性
第13页/共82页
14
第十一章 淀积—11.2.1 薄膜特性
第14页/共82页
15
第十一章 淀积—11.2.2 薄膜生长
薄膜生长三阶段： 1.晶核形成 2.聚集成束（岛生长） 3.形成连续膜 高表面速率、低的成核速度 低表面速率、高的成核速度 无定形膜 单晶 多晶
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19
第十一章 淀积—11.3 化学汽相淀积
第19页/共82页
20
第十一章 淀积—11.3.1 CVD化学过
程
CVD 过程中5种基本化学反应：
1、高温分解（化学键断裂）；
2、光分解；
3、还原反应；
4、氧化反应；
5、氧化还原反应。
第20页/共82页
21
第十一章 淀积—11.3.2 CVD反应
29
第十一章 淀积—11.4 CVD淀积系统
CVD工艺具有不同的反应腔设计，常压CVD（APCVD） 和减压CVD，减压CVD分为LPCVD（热能）和等离子体 辅助减压CVD（热能和等离子体，PECVD和HDPCVD）
第29页/共82页
30
第十一章 淀积—11.4 CVD淀积系统
CVD反应器加热（热壁还是冷壁） LPCVD：反应速度限制；APCVD：质量输运限制
1
第十一章 淀积
薄膜分类： 1.导电薄膜 2.绝缘薄膜 （11章） 作用： 1.作为器件、电路的一部分（电感） 2.工艺中的牺牲层 内容安排： 11章 SiO2 Si3N4 多晶硅层 12章 金属层
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微电子工艺课件分析
9.2 CMOS工艺流程
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述
Wafer Fabrication (front-end)
Wafer Start
Unpatterned Wafer
Thin Films
Polish
Completed Wafer
Diffusion
Photo
CMOS反相器，由2个晶体管组成—一个nMOS和一个 pMOS，步骤如下：
1、双阱工艺
8、局部互连工艺
2、浅槽隔离工艺
9、通孔1和金属塞1的形成
3、多晶硅栅结构工艺
10、金属1互连的形成
4、轻掺杂漏（LDD）注入 11、通孔2和金属塞2的形成
工艺
12、金属2互连的形成
5、侧墙的形成
13、制作到压点及合金的
第九章 集成电路制造工艺概况
学习目标：
1、画出典型的亚微米CMOS集成电路制造流 程图
2、掌握6种主要工艺 3、描述CMOS制造工艺14个步骤的主要目的 4、讨论每一步CMOS制造流程的关键工艺和
设备
微电子工艺课件分析
9.2 CMOS工艺流程
薄膜制作（layer） 刻印 (pattern) 刻蚀 掺杂
W 1 mv2 2
r mv qB
v
2W m
r
2mW qB
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—薄膜生长
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—薄膜生长 （金属化）
微电子工艺课件分析
薄膜生长CVD Processing System
Process chamber
Gas inlet
Ion sheath
ee-
e-
+ Chamber wall
Positive ion
R
Radical chemical
Vacuum line
High-frequency energy
RF coax cable Photon Glow discharge (plasma) Vacuum gauge Wafer
STI槽刻蚀4个主要步骤： 1、隔离氧化层 barrier oxide 2、氮化物淀积 3、第三层掩膜，浅槽隔离 4、STI槽刻蚀
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
STI氧化物填充的基本步骤：1、沟槽衬垫氧化硅(侧 壁）trench liner oxide；2、沟槽CVD氧化物填充
Cathode electrode
Flow of byproducts and process gases
Exhaust to vacuum pump
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—离子注入
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—离子注入
FqvB F qvB
F mv2 r
1、外延生长
2、初始氧化生长
3、第一层掩膜，n阱注入
4、n阱注入（高能）
5、退火
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
闩锁效应：由NMOS的 有源区、P衬底、N阱、 PMOS的有源区构成的 n-p-n-p结构产生的，当 其中一个三极管正偏 时，就会构成正反馈形 成闩锁。它的存在会使 VDD和GND之间形成一 低阻抗通路，产生大电 流。 措施：减小衬底和N阱 的寄生电阻。
去边 传送台
步进光刻机(（对准）t/曝光系统 )
片架
硅片传送系统软烘Βιβλιοθήκη 冷板冷板坚膜
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—刻蚀
Gas distribution baffle Anode electrode
Etchant gas entering gas inlet
Electromagnetic field Free electron
Capacitivecoupled RF input
CVD cluster tool
Chemical vapor deposition
Wafer Susceptor
Heat lamps
微电子工艺课件分析
Figure 9.7
Exhaust
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—抛光
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤
Etch
Test/Sort
Implant
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—扩散
Temperature controller
Thermocouple measurements
Gas flow controller
Process gas
Quartz tube
Temperaturesetting voltages
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
形成p阱的3个步骤：1、第二层掩膜，p阱注入；2、p阱 注入（高能）；3、退火
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
浅槽隔离工艺（STI，Shallow Trench isolation）是一种 在衬底上制作的晶体管有源区之间隔离区的一种可选工 艺。之前的隔离工艺是硅的局域氧化工艺（LOCOS）
6、漏/源注入工艺
金属3
7、掺杂
14、参数测试
微电子工艺课件分析
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
定义MOSFET有源区，双阱包括一个n阱和p阱。采用 倒掺杂技术来优化晶体管的电学特性—利用高能量、大 剂量的注入。随后的阱注入在相同区域进行，能量剂量 都大幅度减小。
形成n阱的5个主要步骤
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
STI氧化物氧化层抛光—氧化物去除：1、沟槽氧化 物抛光（CMP）；2、氮化物去除（磷酸）
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—3多晶硅栅结构工艺
栅结构的制作是最关键的一步，包括栅氧的热氧化生长 以及多晶硅栅的刻印和刻蚀，后者是整个集成电路工艺 中物理尺度最小的结构，多晶硅栅的宽度通常是整个硅 片上最关键的CD线宽。
Heater 1 Heater 2 Heater 3
Three-zone Heating Elements
微电子工艺课件分析
Pressure controller
Exhaust
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—光刻
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—光刻
装片台
气相成 底膜
涂胶
湿影清 洗
9.2 CMOS工艺流程
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述
Wafer Fabrication (front-end)
Wafer Start
Unpatterned Wafer
Thin Films
Polish
Completed Wafer
Diffusion
Photo
CMOS反相器，由2个晶体管组成—一个nMOS和一个 pMOS，步骤如下：
1、双阱工艺
8、局部互连工艺
2、浅槽隔离工艺
9、通孔1和金属塞1的形成
3、多晶硅栅结构工艺
10、金属1互连的形成
4、轻掺杂漏（LDD）注入 11、通孔2和金属塞2的形成
工艺
12、金属2互连的形成
5、侧墙的形成
13、制作到压点及合金的
第九章 集成电路制造工艺概况
学习目标：
1、画出典型的亚微米CMOS集成电路制造流 程图
2、掌握6种主要工艺 3、描述CMOS制造工艺14个步骤的主要目的 4、讨论每一步CMOS制造流程的关键工艺和
设备
微电子工艺课件分析
9.2 CMOS工艺流程
薄膜制作（layer） 刻印 (pattern) 刻蚀 掺杂
W 1 mv2 2
r mv qB
v
2W m
r
2mW qB
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—薄膜生长
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—薄膜生长 （金属化）
微电子工艺课件分析
薄膜生长CVD Processing System
Process chamber
Gas inlet
Ion sheath
ee-
e-
+ Chamber wall
Positive ion
R
Radical chemical
Vacuum line
High-frequency energy
RF coax cable Photon Glow discharge (plasma) Vacuum gauge Wafer
STI槽刻蚀4个主要步骤： 1、隔离氧化层 barrier oxide 2、氮化物淀积 3、第三层掩膜，浅槽隔离 4、STI槽刻蚀
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
STI氧化物填充的基本步骤：1、沟槽衬垫氧化硅(侧 壁）trench liner oxide；2、沟槽CVD氧化物填充
Cathode electrode
Flow of byproducts and process gases
Exhaust to vacuum pump
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—离子注入
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—离子注入
FqvB F qvB
F mv2 r
1、外延生长
2、初始氧化生长
3、第一层掩膜，n阱注入
4、n阱注入（高能）
5、退火
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
闩锁效应：由NMOS的 有源区、P衬底、N阱、 PMOS的有源区构成的 n-p-n-p结构产生的，当 其中一个三极管正偏 时，就会构成正反馈形 成闩锁。它的存在会使 VDD和GND之间形成一 低阻抗通路，产生大电 流。 措施：减小衬底和N阱 的寄生电阻。
去边 传送台
步进光刻机(（对准）t/曝光系统 )
片架
硅片传送系统软烘Βιβλιοθήκη 冷板冷板坚膜
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—刻蚀
Gas distribution baffle Anode electrode
Etchant gas entering gas inlet
Electromagnetic field Free electron
Capacitivecoupled RF input
CVD cluster tool
Chemical vapor deposition
Wafer Susceptor
Heat lamps
微电子工艺课件分析
Figure 9.7
Exhaust
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—抛光
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤
Etch
Test/Sort
Implant
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—扩散
Temperature controller
Thermocouple measurements
Gas flow controller
Process gas
Quartz tube
Temperaturesetting voltages
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
形成p阱的3个步骤：1、第二层掩膜，p阱注入；2、p阱 注入（高能）；3、退火
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
浅槽隔离工艺（STI，Shallow Trench isolation）是一种 在衬底上制作的晶体管有源区之间隔离区的一种可选工 艺。之前的隔离工艺是硅的局域氧化工艺（LOCOS）
6、漏/源注入工艺
金属3
7、掺杂
14、参数测试
微电子工艺课件分析
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
定义MOSFET有源区，双阱包括一个n阱和p阱。采用 倒掺杂技术来优化晶体管的电学特性—利用高能量、大 剂量的注入。随后的阱注入在相同区域进行，能量剂量 都大幅度减小。
形成n阱的5个主要步骤
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—2浅槽隔离工艺
STI氧化物氧化层抛光—氧化物去除：1、沟槽氧化 物抛光（CMP）；2、氮化物去除（磷酸）
微电子工艺课件分析
9.3 CMOS制作步骤—3多晶硅栅结构工艺
栅结构的制作是最关键的一步，包括栅氧的热氧化生长 以及多晶硅栅的刻印和刻蚀，后者是整个集成电路工艺 中物理尺度最小的结构，多晶硅栅的宽度通常是整个硅 片上最关键的CD线宽。
Heater 1 Heater 2 Heater 3
Three-zone Heating Elements
微电子工艺课件分析
Pressure controller
Exhaust
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—光刻
微电子工艺课件分析
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—光刻
装片台
气相成 底膜
涂胶
湿影清 洗