微电子工艺扫盲课程
微电子工艺课件9zhangb
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
9.2 CMOS工艺流程
薄膜制作（layer） 刻印 (pattern) 刻蚀 掺杂
9.2 CMOS工艺流程
9.3 CMOS制作步骤
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 2、浅槽隔离工艺 3、多晶硅栅结构工艺 4、轻掺杂漏（LDD）注入
工艺 5、侧墙的形成 6、漏/源注入工艺 7、掺杂
8、局部互连工艺 9、通孔1和金属塞1的形成 10、金属1互连的形成 11、通孔2和金属塞2的形
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。
9.3 CMOS制作步骤—1双阱工艺
Process chamber
Gas inlet
Capacitive-coupl ed RF input
CVD cluster tool
Chemical vapor deposition
Wafer Susceptor
Heat lamps
Figure 9 .7
Exhaust
9.2.1 硅片制造厂的分区概述—抛光
9.3 CMOS制作步骤—14参数测试
第九章 作业（P 208)
• 2，3，4，6，11，15，16，17，18，19，24， • 25，26，27，30，31
微电子工艺技术培训课程(PDF 45页)
Vacuum Pumps
“Clean, Lean Vacuum Machine”
Turbo’s
Balzers, 1992
Leybold M2000, 1999
The innards of a turbo pump A bit like a jet engine in reverse !
potential etc etc.
Vacuum pumps In the high pressure regime, vacuum pumps work by dilution pV = RT. If the volume is expanded, the pressure falls. Rotary pumps, Root pumps etc
Average Potential
Reverses bias before a repulsive surface charge build up on the insulator to be sputtered
Pro and Con of Sputtering
No alloy problem ! Good adhesion of film ! Metals (DC, RF) as well as insulators (RF) Precise thickness control via sputtering current x time
Metal/Metal Alloy Properties
Matl
to
Al Mo W Cu TiSi2 MoSi2 TaSi2 WSi2 PtSi CoSi2 TiN
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。
《微电子制造工艺》课程教学大纲
《微电子制造工艺》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：微电子制造工艺所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业必修课学分： 4（二）课程简介、目标与任务；本课程作为微电子科学与工程专业的专业必修课，是半导体制造工艺的基础。
主要介绍半导体制造相关的全部基础技术信息，以及制造厂中的每一道制造工艺，包括硅片氧化，淀积，金属化，光刻，刻蚀，离子注入和化学机械平坦化等内容。
该课程的目的使学生了解产业变化历史中的所有工艺和设备，以及每道具体工艺的技术发展的现状及发展趋势。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；上本课程之前或者同时应了解半导体物理的相关知识，以便为本课程打下基础；同时本课程又是集成电路分析与设计，以及微电子制造工艺专业实验及实习的基础。
（四）教材与主要参考书。
本课程所使用的教材是《半导体制造技术》，Michael Quirk, Julian Serda著，韩郑生等译，电子工业出版社。
主要参考书：《半导体器件物理与工艺》施敏苏州大学出版社《硅集成电路工艺基础》陈力俊复旦大学出版社《芯片制造－半导体工艺制程实用教程》电子工业出版社《集成电路制造技术-原理与实践》电子工业出版社《超大规模集成电路技术基础》电子工业出版社《半导体器件基础》电子工业出版社《硅集成电路工艺基础》北京大学出版社二、课程内容与安排第一章半导体产业介绍（3学时）第二章半导体材料特性（3学时）第三章器件技术（3学时）第四章硅和硅片制备（5学时）第五章半导体制造中的化学品（3学时）第六章硅片制造中的玷污控制（3学时）第七章测量学和缺陷检查（3学时）第八章工艺腔内的气体控制（3学时）第九章集成电路制造工艺概况（5学时）第十章氧化（6学时）第十一章淀积（5学时）第十二章金属化（5学时）第十三章光刻：气相成底膜到软烘（4学时）第十四章光刻：对准和曝光（4学时）第十五章光刻：光刻胶显影和先进的光科技术（4学时）第十六章刻蚀（5学时）第十七章离子注入（4学时）第十八章化学机械平坦化（4学时）（一）教学方法与学时分配采用多媒体课件与板书相结合的课堂教学方法，基于学生便于理解接受的原则，对不同讲授内容给予不同方式的侧重。
微电子工艺课件
直拉法生长单晶的特点
优点：所生长单晶的直径较大成本相对较低;
通过热场调整及晶转，埚转等工艺参数的优化，可较好 控制电阻率径向均匀性。
缺点：石英坩埚内壁被熔硅侵蚀及石墨保温加热元件的影响， 易引入氧碳杂质，不易生长高电阻率单晶（含氧量通常 10-40ppm)。
二、悬浮区熔法（float-zone，FZ法）
利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区，并令其沿 锭长从一端缓慢地移动到另一端，重复多次（多次区熔）使杂 质被集中在尾部或头部，进而达到使中部材料被提纯。
一次区熔提纯与直拉法后的杂质浓度分布的比较（K=0.01） 单就一次提纯的效果而言，直拉法的去杂质效果好。
多次区熔提纯
硅片制备基本工艺步骤
晶体生长 整型 切片
拉晶过程
1. 熔硅 将坩埚内多晶料全部熔化 ；注意事项：熔硅时间不易长；
2. 引晶 将籽晶下降与液面接近，使籽晶预热几分钟，俗称“烤
晶”，以除去表面挥发性杂质同时可减少热冲击。当温度稳 定时，可将籽晶与熔体接触，籽晶向上拉，
控制温度使熔体在籽晶上结晶；
3. 收颈
指在引晶后略为降低温度，提高拉速，拉一段直径比籽晶 细的部分。其目的是排除接触不良引起的多晶和尽量消除籽晶 内原有位错的延伸。颈一般要长于20mm。
单晶制备
一、直拉法（CZ法）
CZ 拉晶仪 1. 熔炉 石英坩埚：盛熔融硅液； 石墨基座：支撑石英坩埚；加热坩埚； 旋转装置：顺时针转； 加热装置：RF线圈； 2. 拉晶装置 籽晶夹持器：夹持籽晶（单晶）； 旋转提拉装置：逆时针； 3. 环境控制系统 气路供应系统 流量控制器 排气系统 4. 电子控制反馈系统
缺点: 单晶直径不及CZ法
掺杂分布
假设多晶硅棒上的杂质掺杂浓度为C0（质量浓度），d为硅
微电子工艺学课件课本_6
1 µm
Thermally Grown Oxides
Deposited Oxides
Field Oxides
Backend Insulators Between Metal Layers STI Masking Oxides
¾ 可以方便地利用光刻和刻蚀 实现图形转移 ¾ 可以作为多数杂质掺杂的掩 蔽 （B, P, As, Sb） ¾ 优秀的绝缘性能 （ρ > 1016 Ωcm, Eg>9 eV） ¾ 很高的击穿电场（107 V/cm） ¾ 体电学性能稳定
15
根据氧化剂的不同，热氧化可分为：
优点 干氧氧化：高温下，干燥纯净的 氧气与硅反应生成二氧化硅 水汽氧化：高温下，高纯水产生 的蒸汽与硅反应生成二氧化硅 湿氧氧化：将氧气通入加热到 95°C 的高纯水，携带一定水蒸 汽的氧气与硅反应生成二氧化硅 结构致密、干燥、均匀性和重复 性好，掩蔽能力强，与光刻胶黏 附力好，也是一种理想的钝化膜 生长速度较快（水在二氧化硅中 的扩散系数和溶解度比氧要大）
New dielectrics ε ↑ to avoid tunneling (high K)
1.8-2.5
1.5-1.8
1.2-1.5
0.9-1.2
06-0.9 0.5-0.8 0.5-0.7
11
选择性掺杂的掩蔽 二氧化硅在微电子器件制造中的重要用途之一，就是作为 选择掺杂的掩蔽膜。选择性扩散和离子注入是根据某些杂质 （例如 B 、P）在二氧化硅中的扩散速度远小于在硅中的扩散 速度这一性质来实现的。通常采用热氧化生成。
硅的热氧化：硅与氧化剂在高温下经化学反 应生成二氧化硅的过程－ ¾ 干氧氧化（Dry oxidation)
微电子工艺学课件_8
2离子注入优点掺杂浓度不受杂质源纯度的影响，工艺过程无污染注入晶片中的掺杂原子数精确可控（离子束电流＆注入时间）结深（入射离子能量）、杂质分布可控，突变型杂质分布、浅结非平衡过程，不受杂质固溶度限制，原则上对各种材料均可掺杂低温工艺，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缺点会在晶体中引入晶格损伤产率低设备复杂，投资大VVIon sourceAnalyzing magnetPump Resolving aperatureAcceleratorFocusNeutral beam gateNeutral trapX & Y scan platesWaferFaraday cupQ0-30keV0-200keV8.2 离子注入系统离子注入系统：应具备合适的可调能量范围和束流强度，能满足多种离子的注入，有好的注入均匀性以及无污染等性能。
离子注入系统通常分为三部分：离子源、加速器和终端台。
5AsH 3 PH 3 BF 2in 15% H 2, all very toxicFor low E implant no acceleration1. 离子发生器：将含有注入杂质的化合物或单质元素，以气态、光微波射频一、离子源& 提供多大束流强度钨针引出极液态金属（LMIS）低熔点低蒸汽压67磁分析器如果D 大于离子束的宽度加出口狭缝的宽度，则两种质量的离子被分辨开。
当r 大而m 小时，分辨率最高。
⎣⎦m r 2R ~ 1mBF 32线性加速器例如，如果一个正电荷离子经过电势差加速管温度：室温四极透镜结构及场分布静电离子束扫描大束流机机械扫描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。
3. 靶室：实际的离子注入发生在靶室内，也称为终端舱室。
微电子工艺课程设计讲课讲稿
微电子工艺课程设计微电子工艺课程设计一、摘要仿真（simulation）这一术语已不仅广泛出现在各种科技书书刊上，甚至已频繁出现于各种新闻媒体上。
不同的书刊和字典对仿真这一术语的定义性简释大同小异，以下3种最有代表性，仿真是一个系统或过程的功能用另一系统或过程的功能的仿真表示；用能适用于计算机的数学模型表示实际物理过程或系统；不同实验对问题的检验。
仿真（也即模拟）的可信度和精度很大程度上基于建模（modeling）的可信度和精度。
建模和仿真（modeling and simulation）是研究自然科学、工程科学、人文科学和社会科学的重要方法，是开发产品、制定决策的重要手段。
据不完全统计，目前，有关建模和仿真方面的研究论文已占各类国际、国内专业学术会议总数的10%以上，占了很可观的份额。
集成电路仿真通过集成电路仿真器（simulator）执行。
集成电路仿真器由计算机主机及输入、输出等外围设备（硬件）和有关仿真程序（软件）组成。
按仿真内容不同，集成电路仿真一般可分为：系统功能仿真、逻辑仿真、电路仿真、器件仿真及工艺仿真等不同层次（level）的仿真。
其中工艺和器件的仿真，国际上也常称作“集成电路工艺和器件的计算机辅助设计”（Technology CAD of IC），简称“IC TCAD”。
二、综述这次课程设计要求是：设计一个均匀掺杂的pnp型双极晶体管，使T=346K时，β=173。
VCEO =18V，VCBO=90V，晶体管工作于小注入条件下，最大集电极电流为IC=15mA。
设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。
要求我们先进行相关的计算，为工艺过程中的量进行计算。
然后通过Silvaco-TCAD进行模拟。
TCAD就是Technology Computer Aided Design，指半导体工艺模拟以及器件模拟工具，世界上商用的TCAD工具有Silvaco公司的Athena和Atlas，Synopsys公司的TSupprem和Medici以及ISE公司（已经被Synopsys公司收购）的Dios和Dessis 以及Crosslight Software公司的Csuprem和APSYS。
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
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
微电子工艺基础总结课
3、清洗策略（1） 颗粒去除
（2）有机残余物
（3）无机残余物
（4）氧化层的去除
（5）化学清洗方案： ① 热硫酸 ② 氧化添加剂
（6）RCA清洗方案： ① SC-1去除有机残余物，金属
（7）水冲洗
② SC-2去除碱金属离子，氢氧根
4、其它清洗方式：① 喷洒清洗
② 干法清洗（刻蚀液蒸汽）
11
一、半导体材料
1、*本征半导体：处于纯净的状态而不是掺杂了其他物质的半导体。
有两类本征半导体： 半导体元素 硅和锗 化合物材料 砷化镓和磷化镓
2、**掺杂半导体：（1）掺杂半导体的来源
（2）掺杂半导体和金属导电的区别 （3）载流子的迁移率
3、***半导体材料： （1）硅和锗（两种重要的半导体）
分立器件：每个芯片只含有一个器件。
集成电路：每个芯片含有多个元件。
按集成成度分：
水平
缩写 单位芯片内的器件数
小规模集成电路 SSI 中规模集成电路 MSI 大规模集成电路 LSI 超大规模集成电路
特大规模集成电路
2－50 50－5000 5000－100000 VLSI 100000－1000000 ULSI ＞1000000
大批量、低成本 图形转移技术使之得以实现
高温
8
多数关键工艺是在高温下实现， 如：热氧化、扩散、退火
二、芯片制造/生产的几个阶段
固态器件的制造分为4个大的阶段（粗线 条）：
材料制备 晶体生长/晶圆准备 晶圆制造、芯片生成 （本课程侧重点） 封装
9
第一章作业题
1、描述分立器件和集成电路的区别 2、列举出几种pn结的形成方法并说出平面工
36
热氧化机制
微电子工艺流程(PDF 44页)
5、去除氮化硅
• 将晶圆表面的氮化硅，利用干法刻蚀的方法 将其去除掉。
华中科技大学电子科学与技术系
6、P阱离子注入
• 利用离子注入的技术，将硼打入晶圆 中，形成P型阱。接着利用无机溶液， 如硫酸或干式臭氧（O3）烧除法将光刻 胶去除。
华中科技大学电子科学与技术系
7、P阱退火及氧化层的形成
3、淀积氮化硅
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD）的技术， 沉积一层氮化硅，用来做为离子注入的mask 及后续工艺中，定义P型井的区域。
华中科技大学电子科学与技术系
4、P阱的形成
•将光刻胶涂在晶圆上之后，利用光刻技术， 将所要形成的P型阱区的图形定义出来，即将 所要定义的P型阱区的光刻胶去除掉。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
华中科技大学电子科学与技术系
1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
华中科技大学电子科学与技术系
18、利用氢氟酸去除电极区域的氧化层 • 除去氮化硅后，将晶圆放入氢氟酸化学
槽中，去除电极区域的氧化层，以便能 在电极区域重新成长品质更好的二氧化 硅薄膜，做为电极氧化层。
华中科技大学电子科学与技术系
19、电极氧化层的形成
• 此步骤为制做CMOS的关键工艺，利用 热氧化法在晶圆上形成高品质的二氧化 硅，做为电极氧化层。
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介货就是硅
微电子制造工艺在微电子整体产业中处于中游阶段（上游是电路设计，下游是封装测试）。
一个芯片的制造能否达到设计要求，与制造工艺有很大的关系，因此有必要对工艺线的流程为大家说明讲清楚。
我们手中使用的mobilephone，camera，ipad内部电路板上焊接的形状各异外形诡异的小芯片都是如何造出来？想必大家都是有兴趣知道的。
即使没有电子工程的基础，通过我的讲解也是可以，你对这个最精密自动化程度最高的行业有一个清晰的轮廓。
IC（integrate circuit）的制造分为前工序和后工序。
前工序:IC制造工程中，晶圆光刻的工艺（即所谓流片），被称为前工序，这是IC制造的最要害技术。
后工序:晶圆流片后，其切割、封装等工序被称为后工序。
我们所要了解的就是前工序的内容，打蛇打七寸，直入要害。
首先，光刻过程的操作流程为：
衬底氧化—涂胶—光刻机曝光—显影烘干—刻蚀—清洗干燥—离子注入（等离子刻蚀、金属淀积）—去胶。
其中最费钱的一步大家知道是什么吗？
光刻机曝光。
流片光刻的费用约占到总体花费的40%左右。
很多研究机构或者高校做芯片设计只是通过软件模拟一下，由此就以这些数据写论文，很少有经费可以去流片测试。
况且一个可以投产的芯片并不是一次流片就能成功的，通常情况下需要四次甚至更多次数。
以西电微电子学院的军用RFID为例，流片次数已过4次，电路尺寸逐步达到设计标准。
军用研发经费充足，不计成本，不过半导体产业高投入的现状可见一斑。
现在通过图片讲解对各部工序逐一讲解：
1.氧化
先看一个简单的化学方程式
Si+O2=SiO2(1000℃)
这一步是将Si圆片在高温下暴露于高纯度氧气和氢气的混合气体中在表面淀积一层SiO2。
这部分氧化层可以用做绝缘层，同时也可以是晶体管的栅极。
Fig 1 硅单晶切割
Fig2 等待加工的晶圆
氧化即将对这些圆片进行处理
2.涂胶
涂胶简单的说就是在硅片表面涂上一层可以见光反应的化学物质，胶体分为正胶和反胶，目前工艺上大部分用的是反胶，即受到光照后会成为不可溶的物质，未光照部分在清洗剂的作用下溶解。
3. 光刻机曝光—显影烘干—刻蚀—清洗干燥—去胶
这一步是核心
光刻技术应用于微加工领域，可以实现高效精确的模板复印，是半导体集成电路制作的重要过程。
光刻技术的发展直接影响着微电子工艺的纳米尺度，是精密的微细加工技术。
利用光刻可以在衬底上形成立体结构或者在薄膜上刻蚀出凹槽，通常光刻使用UV光，对光刻胶进行变性处理，然后经过显影得到成品。
针对不同的衬底或薄膜，不同的样品，光刻所用到的光刻胶，光刻过程中的一些参数、所用到的化学物品都不尽相同，但是整体工艺流程却是一样的。
以硅衬底，AZ1518光刻胶为例，光刻技术主要有以下步骤：
*Preparation
预备工作阶段，首先是对衬底进行清洗。
对硅衬底的清洗通常用丙酮(Acetone)清除污迹，再用酒精处理掉丙酮，最后用去离子水(DI water)清洗干净，用氮气吹干样品。
为了让光刻胶和衬底可以较为牢固的附着，通常的光刻技术中会使用粘着剂HMDS，它可以使得光刻胶有效的吸附在硅样品表面，不至于让光刻胶在刻蚀过程中脱落，导致工艺精密度变差。
* Photoresist
甩胶阶段要先对甩胶机(Spincoat)进行速度测试，保证在设定转速下正常运转。
为了先使得光刻胶均匀涂满样品，先设定Spincoat在低速下运行几秒钟，使光刻胶均匀涂在样品表面。
通常甩胶机在转速1200到4800rpm下持续30到60秒。
甩过胶后需要进行烘烤(soft bake)，在烘烤机(hotplate)上烘烤1分钟，通常设定温度为90到110度之间。
Softbake的目的是为了烘干光刻胶，使之成型。
*Exposure
曝光阶段最重要的是对版，对版的好坏决定了最终样品的结果。
对于制作不同类型的样品，有时需要多次对版，这要求每次对版的位置十分精准，才能使得多次光刻不会互相影响。
曝光分为接触式曝光和非接触式曝光，区别在于模板和样品是否接触。
接触式曝光分辨率高，但容易影响衬底上的光刻胶和模板，通常适用于小规模的实验处理或生产。
非接触式曝光设备复杂，精度很高，适合高精度器件生产。
Fig3
大家注意到地板了吗？地板是由全净化机组成的，使室内空气的洁净度达到实验要求，以免对光刻产生影响。
Fig4
Fig5
光刻机是在玻璃室内的，人在外部进行操作，保证光刻过程中不受到任何杂质沾染。
Fig6十级光刻间
大家有没有注意灯管的颜色，对，是黄光，通常大家把光刻室称为黄光室。
为什么是黄光主要是因为光刻胶对黄光是不敏感的，不会影响到光刻工艺。
Fig7 百级光刻间、万级工艺间
* Developing
显影是为了去除掉变性的光刻胶，以形成同模板一样的样品表面。
光刻胶分为正胶和反胶，正胶在紫外光的照射下会变性，溶于显影液；反胶在照射下的变性不会溶于显影液。
这两种胶的选择通常由实验要求所决定。
AZ1518是正胶，对应的显影液为FHD-5 developer。
显影的时间要求很严，时间越精确最后的效果就越好。
而时间参数是由甩胶机的参数、光刻机曝光的时间等等决定的。
显影过后用氮气吹干样品。
* Etching
利用曝光后的样品模式，刻蚀后即可形成需要的样品。
在除掉光刻胶后，同样需要烘烤(h ardbake)，以形成坚固的成品。
如果需要在样品表面制作电极，实行后续的电子束蒸发的技术，在显影之前需要先浸泡Chl orobenzene，用氮气吹干后再进行显影。
Chlorobenzene的作用是渗透进变性的光刻胶，使未曝光的光刻胶垂直方向形成梯度，这样可以防止蒸电极时金属连在一起，以致不能用丙酮去除光刻胶。
Fig8清洗,腐蚀间
经过以上的工序，一层电路图形已经在晶圆表面形成，如果是复杂的电路，则需要经过多部光刻。
不知道大家明白了没有？
上述只是Si基集成电路的工艺流程。
对于一些新材料器件例如GeSi，GaSn，GaN，SiC，晶圆的制备不是那么容易，MOCVD和MBE通常是制备薄膜材料的两种常用方法。
Fig9 UHV-CVD生长系统
Fig10 MOCVD系统
Fig11用于GaN材料生长的MOCVD系统
Fig12双生长室稀磁半导体MBE生长系统
图文并茂的讲解完了，以此总结我悲催龌龊的研一上学期生活。
微电子技术是一个国家原创竞争力的核心，我国从建国之初就大力提升这方面的能力，微电子技术伴随着中国两弹一星，神舟飞船，嫦娥探月，J-10，J-20的出现，展望未来，任重道远。
在微电子半导体技术的发展道路上涌现出了一大批杰出人才，是他们让我们的在这方面没有落后于世界。
让我们一起缅怀祭奠为我国微电子产业做出过杰出贡献的院士专家。
黄昆先生中国半导体之父物理学家
高鼎三材料器件专家
林兰英（女）中国半导体材料学家制作出中国第一炉硅单晶
沈天慧（女）半导体化学家。