集成电路制造工艺(IC)总结

第五讲：氧化工艺技术 一.各种相关定义 氧化-在衬底片的表面上制备一层氧化膜 （ SiO2膜）的过程。 结晶形二氧化硅-由硅氧四面体基本结构单 元整齐地、规则地、周期重复地延伸排列而 成的二氧化硅。 无定形二氧化硅-由硅氧四面体基本结构单元 无序排列而成的二氧化硅。 桥联氧原子-在二氧化硅结构中，属于两个 硅原子（或两个四面体结构）所有的氧原子。
b.硅栅工艺： 是以重掺杂多晶硅作为MOS晶体管栅极、以重掺 杂多晶硅或金属铝作为MOS型集成电路中MOS晶 体管漏极、源极和元器件间的连线的工艺。 四.集成电路制造中的基础工艺 1.双极型集成电路制造中的基础工艺 是以氧化、光刻、扩散为主要工艺构成的硅平面工 艺，再加上外延工艺综合而成的硅外延平面工艺。 2. MOS型集成电路制造中的基础工艺 是以氧化、光刻、扩散为主要工艺构成的硅平面 工艺。

2. 各种分类及定义： a按工艺状态分类：

气相外延-衬底片的待生长面暴露在某些化 合物气体环境中进行外延层生长的过程。 液相外延-衬底片的待生长面进入外延生长 的液体环境中进行外延层生长的过程。 分子束外延-用分子束直接扫射衬底片的待 生长面进行外延层生长的过程。 b按外延层材料与衬底材料相同否分类： 同质外延-外延层材料与衬底材料相同的外 延层生长过程。
半导体的掺杂特性-指半导体材料的电阻
率随微量掺杂而敏感变化的性质。
③常用的半导体材料种类： 元素半导体材料、化合物半导体材料两大类。 Baidu Nhomakorabea三.有关半导体硅材料
1.半导体硅材料的特点：
①价格低、提纯效果好； ②硅器件更适合于工作在较高的温度环境； ③硅材料电阻率的制备范围宽； ④外延平面工艺的应用。
绝缘体-不易于导电的物体。 电阻率范围： 10 Ω·CM至 10 Ω·CM。
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半导体-导电能力介于导体和绝缘体之间的物
体。 3 8 电阻率范围： 10 Ω·CM至 10 Ω·CM。 ②半导体的重要特性： 半导体的热敏特性-指半导体材料的电阻率随 温度变化而敏感变化的性质。 半导体的光敏特性-指半导体材料的电阻率随 光照量变化而敏感变化的性质。
②.单晶片的研磨： 作用：使用比硅硬度更大的磨料，在外力作 用下磨削硅表面，提高硅片的质量参数。 工艺方法：单面研磨和双面研磨。 ③.单晶片的抛光： 作用： 利用化学或机械的方法，去除磨片造成的 损伤层（大约为5μm-10μm），制备出高洁 净的、无损伤的、平整光滑的、具有镜面表 面的硅片。
工艺方法：分别为机械抛光、化学抛光和化 学机械抛光。 各类抛光的应用范围： 机械抛光-适用于化合物半导体衬底的抛光； 化学抛光-适用于高硬度半导体衬底的抛光； 化学机械抛光-适用于硅半导体衬底的抛光。 第四讲：外延工艺技术 一．外延概述 1.定义： 外延-在一定条件下，通过一定的方法获取所需要 的原子，并使这些原子有规则地排列在衬底上；在 排列时，控制有关工艺条件，使排列的结果形成具 有一定导电类型、一定电阻率、一定厚度、晶格完 美的新单晶层的过程。

①构成MOS型集成电路的基本单元：MOS倒 相器 MOS倒相器的构成：由两个MOS晶体管构成，其中 一个为输入管；另一个为负载管。 ②有关MOS集成电路的基本类型： a.NMOS集成电路（NMOSIC）： 全由N沟道MOS晶体管为有源器件（输入管和负 载管）构成的集成电路。 b.PMOS集成电路（PMOSIC）： 全由P沟道MOS晶体管为有源器件（输入管和负 载管）构成的集成电路。
三.MOS型集成电路制造工艺流程 1.有关MOS型晶体管： ①基本MOS管的工作结构： 当 V G 0 时：在硅一侧表面积累负电荷层。对N型半 导体为增强表面N型性质；而对P型半导体为削弱表 面P型性质，当 V G 足够大时（感生负电荷+少子>多子 空穴数），形成表面反型层（表面由P型变为N 型）——由此性质构成NMOS晶体管。 当 VG 0 时：在硅一侧表面积累正电荷层。对P型半 导体为增强表面P型性质；而对N型半导体为削弱表 面N型性质，当该电压足够小时（感生正电荷+少子> 多子电子数），形成表面反型层（表面由N型变为P 型）——由此性质构成PMOS晶体管。 2.有关MOS型集成电路：

此外，换可以按外延时的温度分类、外延时
的系统压力分类、外延反应室形式分类、外 延层厚度分类等等。不再多述。 二.常见的外延工艺 1.硅外延工艺： 最常见的是气相外延工艺（常用四氯化硅氢 气还原气相外延工艺和硅烷热分解淀积气相 外延工艺）。 2.砷化嫁外延工艺： 最常见的是非气相外延工艺（常用液相外延 工艺和分子束外延工艺）。
氧化膜质量最好，但氧化速度最慢。 b水汽氧化： 水汽氧化法-氧化气氛为纯净的水汽。氧化速 度最快，但氧化膜质量最差。 c湿氧氧化： 湿氧氧化法-氧化气氛为纯净的氧气+纯净的 水汽。氧化膜质量和氧化速度均介于干氧氧 化和水汽氧化之间。 ②常见的热氧化工艺：
a方法：常采用干氧-湿氧-干氧交替氧化法。 b工艺条件： 温度：高温（常见的为1000℃-1200℃）。 时间：一般总氧化时间超过30分钟。 ③热氧化生长规律：
第二讲：集成电路制造工艺 一.有关集成电路分类
1.按集成电路完成功能分类分类：
①数字（逻辑）集成电路—处理数字（不连续）
量的集成电路。 ②模拟集成电路—处理模拟（连续）量的集成 电路。 2.按构成集成电路的有源器件的类型分类： ①双极型集成电路—由双极（常规扩散双结） 型晶体管作为有源器件构成的集成电路。
网络改变剂-杂质存在于二氧化硅中，其杂 质离子仅占据网络空隙（孔洞）者。也 被称为网络调节剂。 二.常见的各种氧化工艺 1.热氧化工艺 热生长氧化法-将硅片置于高温下，通以氧 化的气氛，使硅表面一薄层的硅转变为二 氧化硅的方法。 ①可见的热氧化工艺类别及特点： a 干氧氧化：
干氧氧化法-氧化气氛为干燥、纯净的氧气。
3.集成度的概念： 集成度-单个半导体芯片上所包含的（或称集
成的）元器件（电阻、电容等元件和晶体管 等器件）的个数。 二.有关半导体材料及半导体器件： 1.关于半导体材料： ①各种物体的电性定义及电阻率定义区间： 导体-易于导电的物体。 6 3 10 Ω·CM至 10 Ω·CM。 电阻率范围：

③集成电路工艺中的特殊工艺： a.由于在集成电路中各元器件的工作状态不同 →要求进行电性绝缘隔离→多了隔离制造工 艺（增加了隔离氧化、隔离光刻、隔离扩散 三道工序）， b.由于集成电路表面完整的电路连线要求→集 电极必须在管芯正面引出→为了解决功率特 性和频率特性对材料要求的矛盾→多了埋层 制造工艺（增加了埋层氧化、埋层光刻、埋 层扩散三道工序）， c.为了获得良好的pn结隔离→采用了较低杂质 浓度的p型衬底( p 型衬底)。
第三讲：半导体硅材料与硅衬底制备
一.半导体硅材料制备 硅单晶的制备方法—拉制硅单晶棒： 1.直拉法（也称为切克劳斯基生长法或CZ 法）： 其整个单晶体生长过程分为： 引晶（下种）→细颈（伸颈）→放肩→等 径生长→收尾（拉光）。 2.悬浮区熔法（也称为FZ法）：
二.集成电路的硅衬底制备 1.集成电路的硅衬底制备工艺构成：： 在硅单晶棒拉制完成之后，集成电路的硅衬 底制备包含有：硅单晶棒的切割（切片工艺）、硅 单晶片的研磨（磨片工艺）和硅单晶片的抛光（抛 光工艺）三道主要工序构成。在集成电路制造整个 过程中，也常称为前道（部）工序。下边分别叙述 之。 2.集成电路的硅衬底制备工艺简述： ①单晶的切割：把单晶硅体切成硅单晶片。 加工中，决定了硅单晶片的晶向（晶面）、硅单 晶片厚度、硅单晶片平行度和硅单晶片的翘度。
总
结
第一讲：半导体工业及半导体材料 一.有关半导体工业的发展： 1
.电子器件发展的四个阶段： 电子管阶段→晶体管阶段→集成电路阶段→ 超大规模集成电路阶段。 2 .有关半导体工业向微电子产业的演变： 指由分离元器件（分离晶体三极管、分离晶 体二极管、分离元件）过渡到集成电路阶段， 导致了微电子技术出现。 电子领域全面进入“系统集成化”则被认为 进入了“微电子时代”。

异质外延-外延层材料与衬底材料不相同的外 延层生长过程。 c按器件是制作于外延层上还是衬底上分类： 正外延-器件制作于外延层上的外延层生长 过程。 负（反）外延-器件制作于衬底上的外延层 生长过程。 d按外延层导电类性分类： N型外延-生长N型外延层的过程。 P型外延-生长P型外延层的过程。
② MOS型集成电路—由MOS（场效应）型晶体管 作为有源器件构成的集成电路。 二.双极型集成电路制造工艺流程 1 .双极型集成电路制造工艺按实现元器件电性隔离 的工艺方法分类： ① PN结隔离双极型集成电路制造工艺 -制造和应用的隔离墙是反向PN结结构构成。 ②介质隔离双极型集成电路制造工艺 -制造的隔离墙是由绝缘介质构成。 ③混合隔离双极型集成电路制造工艺 -制造的隔离墙是由绝缘介质+反向PN结构成。 2.常规（PN结隔离）双极型集成电路制造工艺流程 说明：

在硅中掺入三族（价）杂质，且该杂质处于代位的
位置。 该杂质在硅中提供空穴载流子-为受主杂质。 四.有关集成电路制造中的超净： 1.超净度的级别： 超净度-指在每立方英尺内含有直径1微米以上的粉 尘微粒的个数。如10级、 100级…等。 2.集成电路制造中各工序的超净度要求： 光刻工序-要求10级; 扩散及氧化等管芯工序-局部10级、大环境100级； 后道加工工序-要求1000级; 测试环境-要求1000级。
一般热氧化生长的二氧化硅层厚度与氧化时 间符合抛物线规律。原因是：在氧化时存在氧 化剂穿透衬底表面已生成的二氧化硅层的事实。
2.热分解淀积法：（工艺中也常称为低温淀
积法或低温氧化法） 热分解淀积法-在分解温度下，利用化合物 的分解和 重新组合生成二氧化硅，然后将生 成的二氧化硅淀积在衬底（可为任何衬底） 表面上，形成二氧化硅层的方法。 ①可见的低温氧化工艺类别及特点： a.含氧硅化物热分解淀积法： 多采用烷氧基硅烷进行热分解，分解物中有 二氧化硅，在衬底上淀积形成二氧化硅层。


非桥联氧原子-在二氧化硅结构中，仅属于 一 个硅原子（或一个四面体结构）所有的氧 原子。 本征无定形二氧化硅-指无杂质引入的无定 形二氧化硅。 非本征无定形二氧化硅-指有杂质引入的无 定 形二氧化硅。 网络形成剂-杂质存在于二氧化硅中，其杂 质离子可取代 Si 4 离子的位置、而形成 玻璃结构者。
2.有关半导体硅材料的导电类型： ①半导体硅材料导电类型的形成原因：
利用掺杂特性形成了电性限定为电子型材料 (N型)或空穴型材料(P型)的半导体硅材料。 ② N型硅半导体的形成： 在硅中掺入五族（价）杂质，且该杂质处于 代位的位置。 该杂质在硅中提供电子载流子-为施主杂质。 ③P型硅半导体的形成：
c.CMOS集成电路（CMOSIC）： 由P沟道MOS晶体管和N沟道MOS晶体管 为有源器件构成的集成电路。其中N沟道 MOS晶体管作为输入管、而P沟道MOS晶体 管作为负载管，两管从性能上形成互补。 3.有关MOS型集成电路的两种基本工艺： a.铝栅工艺： 是以金属铝作为MOS晶体管栅极、漏极、 源极和MOS型集成电路中元器件间的金属连 线的工艺。

①集成电路结构中，各区的标示符上标号反映了各区 杂质浓度的高低： 在集成电路中，采用的结构为： P （衬底）- N N (集电区）- P (基区） N (发射区）； 其中,集电区的构成为: N -为结构的高杂质浓度埋层； -为结构低杂质浓 N 度的外延层。 N N （集电区）结构的作用： ②在集成电路中， 该结构解决了集成晶体管功率特性和频率特性对材 料要求的矛盾。