第三章 MEMS制造技术-1(半导体工艺)教材
合集下载
半导体工艺课程设计
半导体工艺课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解半导体的基本概念、性质和分类，掌握半导体材料的生长、制备和加工工艺。
2. 使学生了解半导体器件的原理、结构和工作特性，掌握常见半导体器件的制造工艺。
3. 引导学生掌握半导体集成电路的制备工艺，了解现代半导体工艺技术的发展趋势。
技能目标：1. 培养学生运用半导体工艺知识解决实际问题的能力，提高实验操作技能。
2. 培养学生通过查阅资料、开展小组讨论等方式，对半导体工艺进行自主学习和研究的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对半导体工艺的兴趣，培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队协作精神，使其具备一定的工程伦理观念。
课程性质分析：本课程为高中年级的选修课程，旨在让学生了解半导体工艺的基本知识，培养其实践操作能力和创新意识。
学生特点分析：高中学生具有一定的物理、化学知识基础，思维活跃，好奇心强，具备一定的自主学习能力。
教学要求：1. 结合课本内容，注重理论与实践相结合，提高学生的知识运用能力。
2. 采用启发式教学，引导学生主动参与课堂讨论，培养其独立思考和解决问题的能力。
3. 注重团队合作，培养学生的沟通能力和协作精神。
二、教学内容1. 半导体基本概念：半导体材料的性质、分类及其应用。
教材章节：第一章第一节2. 半导体材料的生长与制备：晶体生长、外延生长、薄膜制备等工艺。
教材章节：第一章第二节、第三节3. 半导体器件工艺：二极管、晶体管、光电器件等的工作原理、结构及制造工艺。
教材章节：第二章4. 集成电路工艺：制备流程、光刻、蚀刻、掺杂、金属化等关键工艺技术。
教材章节：第三章5. 现代半导体工艺技术：FinFET、MEMS、化合物半导体等新型器件与工艺。
教材章节：第四章6. 实践教学：开展半导体器件制备、集成电路工艺流程等实验，提高学生的实践操作能力。
教材章节：第五章教学内容安排与进度：第一周：半导体基本概念及分类第二周：半导体材料的生长与制备第三周：半导体器件工艺第四周：集成电路工艺第五周：现代半导体工艺技术第六周：实践教学（实验一）第七周：实践教学（实验二）第八周：课程总结与评价教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节，合理安排教学进度，确保学生能够逐步掌握半导体工艺知识。
芯片制造-半导体工艺与设备教学课件完整版
1.5 半导体工业的构成
• 半导体工业包括材料供应、电路设计、芯片制造和半导体 工业设备及化学品供应五大块。
• 目前有三类企业：一种是集设计、制造、封装和市场销售 为一体的公司；另一类是做设计和销售的公司，他们是从 芯片生产厂家购买芯片；还有一种是芯片生产工厂，他们 可以为顾客生产多种类型的芯片。
第四章 芯片制造
概述： 芯片生产工艺主要有4种最基本的平面制造工艺，分别
是：薄膜制备工艺、光刻与刻蚀工艺、掺杂工艺、热处理 工艺
4.1薄膜制备
淀积
钝化层
是在晶体表面形成薄膜的
加工工艺。右图是MOS晶体管的
淀积 金属膜
剖面图，可以看出上面有钝化
层(Si3N4、Al2O3)、金属膜(Al)、氧生化长层
下卡盘
3.3 晶体外延生长技术
外延是一种采取化学反应法进行晶体生长的另一种技术。 在一定条件下，以衬底晶片作为晶体籽晶，让原子（如硅原 子）有规则地排列在单晶衬底上，形成一层具有一定导电类 型、电阻率、厚度及完整晶格结构的单晶层，由于这个新的 单晶层是在原来衬底晶面向外延伸的结果，所以称其为外延 生长，这个新生长的单晶层叫外延层。最常见的外延生长技 术为化学气相淀积（CVD）和分子束外延生长（MBE）。
封装 良品芯片
被封装 并测试
良品
3 晶圆制备
概述： 高密度和大尺寸芯片的发展需要大直径的晶圆，
最早使用的是1英寸(25mm)，而现在12英寸（300mm） 直径的晶圆已经投入生产线了。因为晶圆直径越大， 单个芯片的生产成本就越低。然而，直径越大，晶体 结构上和电学性能的一致性就越难以保证，这正是对 晶圆生产的一个挑战。
• 外延生长的基本原理
氢还原四氯化硅外延生长原理示意图
MEMS工艺(1)
性能价格比 是微电子技术发展的动力 集成电路芯片的集成度每三 年提高4倍，而加工特征尺 寸缩小 2 倍，这就是摩尔
定律
MEMS与集成电路工艺的相同
微机电系统是在微电子技术的基础上 发展起来的，融合了硅微加工、LIGA技术和 精密机械加工等多种微加工技术。这表明微 电子技术是MEMS技术的重要基础，微电子加 工手段是MEMS的重要加工手段之一，微电子 中的主要加工手段均在MEMS制备中发挥极大 作用。包括：Si材料制备、光刻、氧化、刻 蚀、扩散、注入、金属化、PECVD、LPCVD 及组封装等
OPTIC-MEMS
生物、医疗
生物芯片 Lab on Chip 血压计 新型喷雾器 可在血管内操作和检测的微型仪器
BIO MEMS
典型MEMS系统——微型机器人
典型MEMS系统——微汽车
车长4.8mm 车速10mm/s
典型MEMS系统——微型卫星
美国提出的硅固态卫星的概念图，这个卫星除了蓄 电池外，全由硅片构成，直径仅15cm
1947年：发明晶体管--技术基础
压力传感器：
54年：Si、Ge压阻效应 66年：机械研磨做硅腔 70年：各向同性腐蚀硅腔 76年：KOH 腐蚀，MEMS加工手段 80年代：集成式压力传感器 目前：新机理压力传感器
获得1956年 Nobel物理奖
1947年12月23日 第一个晶体管 NPN Ge晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
国内MEMS的发展
20世纪90年代初清华大学等高校开始研究。 目前有100个左右的研究小组从事本领域研究， 研究主要领域包括硅微传感器、硅微致动器、硅 微加工技术、微系统等领域。 主要加工基地有信息产业部电子13所，北大微电 子所，清华大学微电子所，上海交通大学和上海 冶金所等。
定律
MEMS与集成电路工艺的相同
微机电系统是在微电子技术的基础上 发展起来的，融合了硅微加工、LIGA技术和 精密机械加工等多种微加工技术。这表明微 电子技术是MEMS技术的重要基础，微电子加 工手段是MEMS的重要加工手段之一，微电子 中的主要加工手段均在MEMS制备中发挥极大 作用。包括：Si材料制备、光刻、氧化、刻 蚀、扩散、注入、金属化、PECVD、LPCVD 及组封装等
OPTIC-MEMS
生物、医疗
生物芯片 Lab on Chip 血压计 新型喷雾器 可在血管内操作和检测的微型仪器
BIO MEMS
典型MEMS系统——微型机器人
典型MEMS系统——微汽车
车长4.8mm 车速10mm/s
典型MEMS系统——微型卫星
美国提出的硅固态卫星的概念图，这个卫星除了蓄 电池外，全由硅片构成，直径仅15cm
1947年：发明晶体管--技术基础
压力传感器：
54年：Si、Ge压阻效应 66年：机械研磨做硅腔 70年：各向同性腐蚀硅腔 76年：KOH 腐蚀，MEMS加工手段 80年代：集成式压力传感器 目前：新机理压力传感器
获得1956年 Nobel物理奖
1947年12月23日 第一个晶体管 NPN Ge晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
国内MEMS的发展
20世纪90年代初清华大学等高校开始研究。 目前有100个左右的研究小组从事本领域研究， 研究主要领域包括硅微传感器、硅微致动器、硅 微加工技术、微系统等领域。 主要加工基地有信息产业部电子13所，北大微电 子所，清华大学微电子所，上海交通大学和上海 冶金所等。
MEMS的制造技术
图4.15 重掺杂硼的硅自停止腐蚀工艺
具有的高选择性和物理腐蚀所具有的各向异性，目前 主要是将这两种方法组合起来使用。 4.2.2 （111）面自停止腐蚀技术 图4.16为（111）面自停止腐蚀工艺。其工艺流程为： 4.2.3 p-n结腐蚀自停止技术 p-n结腐蚀自停止是一种使用硅的各向异性腐蚀剂如氢 氧化钾的电化学腐蚀自停止技术，它利用了N型硅和P 型硅在各向异怀腐蚀液中的钝化电位不同这一现象。 图4.17给出了在氢氧化钾腐蚀液 （65℃，40%） 中 （100）晶向P型硅和N型硅样品的电流一电压特性。
图 4.23 X光过渡掩模板制造工艺流程图
（2） X光光刻胶
（3）同步辐射X光曝光 （4）光刻胶显影 4.3.3微电铸工艺 目前镍的微电铸工艺比较成熟，镍较稳定，且具有一定的硬度，可用于微复制模 具的制作。由于金是LIGA掩模板的阻挡层，所以，在LIGA技术中，金的微电铸技 术非常重要。有些传感器和执行器需要有磁性作为驱动力，所以，具有磁性的铁镍 合金的微电铸对LIGA技术也很重要。其他如银、铜等也是LIGA技术常用的金属材 料。
4.2.4电化学自停止腐蚀技术
图4.20是一种典型的电化学腐蚀自停止方法
图4.16 （111）面自停止腐蚀工艺
图4.17 P型和N型硅在KOH腐蚀液中的特性
图4.20 电化学腐蚀系统
图4.21 硅在5%HF中的电化学腐蚀I V
4.3 LIGA体微加工技术
四个工艺组成部分：LIGA掩模板制造工艺；X光 深层光刻工艺；微电铸工艺；微复制工艺。 4.3.1 LIGA掩膜板制造工艺
4.1.4.1 物理腐蚀技术 （1）离子腐蚀（Ion Etching ，IE）
图4.12平行板反应器的结构原理
（2）离子束腐蚀（Ion Beam Etching，IBE） 离子束腐蚀是一种利用惰性离子进行腐蚀的物理腐 蚀。在离子束腐蚀中，被腐蚀的衬底和产生离子的 等离子区在空间是分离的，如图4.13所示。
具有的高选择性和物理腐蚀所具有的各向异性，目前 主要是将这两种方法组合起来使用。 4.2.2 （111）面自停止腐蚀技术 图4.16为（111）面自停止腐蚀工艺。其工艺流程为： 4.2.3 p-n结腐蚀自停止技术 p-n结腐蚀自停止是一种使用硅的各向异性腐蚀剂如氢 氧化钾的电化学腐蚀自停止技术，它利用了N型硅和P 型硅在各向异怀腐蚀液中的钝化电位不同这一现象。 图4.17给出了在氢氧化钾腐蚀液 （65℃，40%） 中 （100）晶向P型硅和N型硅样品的电流一电压特性。
图 4.23 X光过渡掩模板制造工艺流程图
（2） X光光刻胶
（3）同步辐射X光曝光 （4）光刻胶显影 4.3.3微电铸工艺 目前镍的微电铸工艺比较成熟，镍较稳定，且具有一定的硬度，可用于微复制模 具的制作。由于金是LIGA掩模板的阻挡层，所以，在LIGA技术中，金的微电铸技 术非常重要。有些传感器和执行器需要有磁性作为驱动力，所以，具有磁性的铁镍 合金的微电铸对LIGA技术也很重要。其他如银、铜等也是LIGA技术常用的金属材 料。
4.2.4电化学自停止腐蚀技术
图4.20是一种典型的电化学腐蚀自停止方法
图4.16 （111）面自停止腐蚀工艺
图4.17 P型和N型硅在KOH腐蚀液中的特性
图4.20 电化学腐蚀系统
图4.21 硅在5%HF中的电化学腐蚀I V
4.3 LIGA体微加工技术
四个工艺组成部分：LIGA掩模板制造工艺；X光 深层光刻工艺；微电铸工艺；微复制工艺。 4.3.1 LIGA掩膜板制造工艺
4.1.4.1 物理腐蚀技术 （1）离子腐蚀（Ion Etching ，IE）
图4.12平行板反应器的结构原理
（2）离子束腐蚀（Ion Beam Etching，IBE） 离子束腐蚀是一种利用惰性离子进行腐蚀的物理腐 蚀。在离子束腐蚀中，被腐蚀的衬底和产生离子的 等离子区在空间是分离的，如图4.13所示。
半导体制造技术ppt
半导体制造的环保与安全
05
采用低能耗的设备、优化生产工艺和强化能源管理，以降低能源消耗。
节能设计
利用废水回收系统，回收利用生产过程中产生的废水，减少用水量。
废水回收
采用低排放的设备、实施废气处理技术，以减少废气排放。
废气减排
半导体制造过程中的环保措施
严格执行国家和地方的安全法规
安全培训
安全检查
半导体制造过程的安全规范
将废弃物按照不同的类别进行收集和处理，以便于回收利用。
废弃物处理和回收利用
分类收集和处理
利用回收技术将废弃物进行处理，以回收利用资源。
回收利用
按照国家和地方的规定，将无法回收利用的废弃物进行合法处理，以减少对环境的污染。
废弃物的合法处理
未来半导体制造技术的前景展望
06
新材料
随着人工智能技术的发展，越来越多的半导体制造设备具备了智能化控制和自主学习的能力。
半导体制造设备的最新发展
更高效的生产线
为了提高生产效率和降低成本，各半导体制造厂家正在致力于改进生产线，提高设备的联动性和生产能力。
更先进的材料和工艺
随着科学技术的发展，越来越多的先进材料和工艺被应用于半导体制造中，如石墨烯、碳纳米管等材料以及更为精细的制程工艺。
薄膜沉积
在晶圆表面沉积所需材料，如半导体、绝缘体或导体等。
封装测试
将芯片封装并测试其性能，以确保其满足要求。
半导体制造的基本步骤
原材料准备
晶圆制备
薄膜沉积
刻蚀工艺
离子注入
封装测试
各步骤中的主要技术
制造工艺的优化
通过对制造工艺参数进行调整和完善，提高产品的质量和产量。
制造工艺的改进
MEMS工艺(3半导体工艺)
联线的目的。
掺杂的主要形式：注入和扩散
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不
活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。
目的：激活杂质
消除损伤 结构释放后消除残余应力
退火方式：
炉退火 快速退火
1.扩散工艺
•定义：在一定温度下杂质原子具有一 定能量，能够克服阻力进入半导体并 在其中做缓慢的迁移运动。 •形式：替代式扩散和间隙式扩散
• 2．漏电电流大：表面沾污引起的表面漏电；氧化层的 缺陷破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和氧化层在 电路中的绝缘作用而导电；硅片的缺陷引起杂质扩散时 产生管道击穿。
• 3．薄层电阻偏差
• 4．器件特性异常：击穿电压异常；hFE异常；稳压二
极管稳压值异常。
。
工艺控制
• 污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 • 污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具 •• 参量控制：温度，时间，气体流量(影响最大?) • 1.温度控制：源温、硅片温度、升温降温、测温 •2.时间： 进舟出舟自动化, 试片 • 3.气体流量：流量稳定，可重复性，假片
离子注入
• 特点：横向效应小，但结深浅；杂质量可控；晶格缺陷多 • 基本原理：杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层 • 装置：离子源、聚焦、分析器、加速管、扫描、偏转、靶室、真空系统
离子注入系统的原理示意图
离子注入的步骤
注入的离子在基底中的分布
• 根据Ruska(1987)，注入离子的浓度N（X）可遵循下面方程式
分类
• 普通热退火 • 硼的退火特性 • 磷的退火特性 • 扩散效应 • 快速退火
•方式：
•热退火：管式炉，保护气氛，900C， 20~30min，用于再扩散
掺杂的主要形式：注入和扩散
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不
活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。
目的：激活杂质
消除损伤 结构释放后消除残余应力
退火方式：
炉退火 快速退火
1.扩散工艺
•定义：在一定温度下杂质原子具有一 定能量，能够克服阻力进入半导体并 在其中做缓慢的迁移运动。 •形式：替代式扩散和间隙式扩散
• 2．漏电电流大：表面沾污引起的表面漏电；氧化层的 缺陷破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和氧化层在 电路中的绝缘作用而导电；硅片的缺陷引起杂质扩散时 产生管道击穿。
• 3．薄层电阻偏差
• 4．器件特性异常：击穿电压异常；hFE异常；稳压二
极管稳压值异常。
。
工艺控制
• 污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 • 污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具 •• 参量控制：温度，时间，气体流量(影响最大?) • 1.温度控制：源温、硅片温度、升温降温、测温 •2.时间： 进舟出舟自动化, 试片 • 3.气体流量：流量稳定，可重复性，假片
离子注入
• 特点：横向效应小，但结深浅；杂质量可控；晶格缺陷多 • 基本原理：杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层 • 装置：离子源、聚焦、分析器、加速管、扫描、偏转、靶室、真空系统
离子注入系统的原理示意图
离子注入的步骤
注入的离子在基底中的分布
• 根据Ruska(1987)，注入离子的浓度N（X）可遵循下面方程式
分类
• 普通热退火 • 硼的退火特性 • 磷的退火特性 • 扩散效应 • 快速退火
•方式：
•热退火：管式炉，保护气氛，900C， 20~30min，用于再扩散
清华大学MEMS课程讲义
3/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics电镀(Electroplating)7/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics MEMS光刻体微加工技术)各向同性湿法刻蚀与刻蚀剂成分比例有关23/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics MEMS光刻体微加工技术Question:What will happen in KOH etching?微电子学研究所刻蚀侧壁与底面垂直不能实现任意开口形状保护方法机械夹具/黑胶/浮片各向异性湿法刻蚀37/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics39/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics 简介MEMS光刻体微加工技术43/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics简介MEMS光刻体微加工技术物理刻蚀利用粒子的能量进行轰击优缺点微电子学研究所Institute o f Microelectronics 电子、离子、中性基团、分子微电子学研究所Institute o f Microelectronics微电子学研究所Institute o f Microelectronics等离子体硅微电子学研究所Institute o f Microelectronicsm/min55/60微电子学研究所Institute o f MicroelectronicsMEMS光刻体微加工技术低温DRIE特性↓↓↓↓等离子体硅片源59/60微电子学研究所Institute o f Microelectronics1B1A’2B 1B’1A 2B’2A’2Ax-轴y-轴z-轴3轴加速C M O S 集成63/60微电子学研究所Institute o f MicroelectronicsMEMS光刻体微加工技术作业100:98:1. 画出刻蚀40秒, 100秒和600秒后的窗口截面图说明厚胶光刻中曝光衍射和散射、分辨率下降、以及曝光剂量不够的解决。
半导体制造工艺流程课件
04
半导体制造的后处理
金属化
01
02
03
金属化
在半导体制造的后处理中 ，金属化是一个关键步骤 ，用于在芯片上形成导电 电路。
金属材料
通常使用铜、铝、金等金 属作为导电材料，通过物 理或化学沉积方法将金属 薄膜沉积在芯片表面。
连接电路
金属化过程将芯片上的不 同元件连接成完整的电路 ，实现电子信号的传输和 处理。
高纯度材料
半导体制造需要使用高纯度材料，以确保芯片的性能和可 靠性。然而，高纯度材料的制备和加工难度较大，需要克 服许多技术难题。
制程控制
半导体制造过程中，制程控制是至关重要的。制程控制涉 及温度、压力、流量、电流、电压等众多参数，需要精确 控制这些参数以确保芯片的性能和可靠性。
环境影响
能源消耗
半导体制造是一个高能耗的过程 ，需要大量的电力和能源。随着 半导体产业的发展，能源消耗也 在不断增加，对环境造成了很大 的压力。
废弃物处理
半导体制造过程中会产生大量的 废弃物，如化学废液、废气等。 这些废弃物如果处理不当，会对 环境造成很大的污染和危害。
碳排放
半导体制造过程中的碳排放也是 一个重要的问题。减少碳排放是 半导体产业可持续发展的关键之 一。
未来发展趋势
先进封装技术
随着摩尔定律的逐渐失效，先进封装技术成为半导体制造的重要发展方向。通过将多个 芯片集成在一个封装内，可以实现更小、更快、更低功耗的芯片系统。
沉积薄膜质量
影响沉积薄膜质量的因素包括反应温度、气体流量、压强等，需通 过实验优化获得最佳工艺参数。
外延生长
外延生长目的
在半导体材料表面外延生长一层单晶层，用 于扩展器件尺寸、改善材料性能和提高集成 度。
《半导体工艺概述》PPT课件
接触式 湿化学
扩散 离子注入
掺杂
开放式炉管—水平/竖置 封闭炉管
快速热处理 中/高电流离子注入
低能量/高能量离子注入
热处理
制程方法 加热
热辐射
具体分类 加热盘 热对流 快速加热
红处线加热
芯片制造的特点
超洁超净 半导体芯片尤其是高密度的集成电路，极易受到多种污染物的损害，主要体
现在器件成品率，器件性能，器件可靠性。 污染物：微粒、金属离子、化学物质、细菌
2、硼离子注入，形成 PMOS 源 、 漏 区 。 硼 离 子 注 入 剂 量 5*1015cm-2 ，能量100keV.
3、离子注入退火和推 进：在N2下退火，并将 源、漏区推进，形成 0.3~0.5微米深的源、 漏区。
化学气相淀积 磷硅玻璃介质 层
刻金属化的接触孔
磷硅玻璃回流，使 接触孔边缘台阶坡 度平滑，以利于金 属化。否则在台阶 边缘上金属化铝条 容易发生断裂。在 N2气氛下，1150℃ 回流30分钟。
利用氮化硅掩蔽氧 化的功能，在没有 氮化硅、并经硼离 子注入的区域，生 长一层场氧化层， 厚度400nm
去除N阱中非PMOS有 源区部分的氧化硅 和氮化硅，这部分 将是场区的一部分 。
对N阱中场区部分磷 离子注入，防止寄 生沟道影响。
一般采用湿氧 氧化或高压氧 化方法生长一 层1微米厚的 SiO2
首 先 生 长 缓 冲 SiO2 薄层，厚度600nm， 目的是减少淀积的 氮化硅与硅衬底之 间的应力。
其次低压CVD氮化硅 ，用于掩蔽氧化， 厚度100nm
确定NMOS有源区：利 用第二块掩膜版，经 曝光、等离子刻蚀， 保留NMOS有源区和N 阱区的氮化硅，去掉 场区氮化硅，NMOS场 区硼注入，剂量 1*1013cm-2，能量 120keV，防止场区下 硅表面反型，产生寄 生沟道。
MEMS制造技术
离子束腐蚀装置结构原理
化学腐蚀技术 化学腐蚀高选择性+物理腐蚀所具有的各向异性
（1）等离子体腐蚀（Plasma Etcing, PE） （2）反应离子腐蚀（Reactive Ion Etching,，RIE） （3）反应离子束腐蚀
总结
CH3COOH=CH3COO-+H+
湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀
– 二倍刻蚀速率 – 与刻蚀剂成分比例有关 – 与晶向有关
湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀
– 保护层 (Passivation layer)
• SiN 和Au基本不刻蚀 • 热生长SiO2 刻蚀速度 30-80 nm/min, 慢100x • Al 刻蚀极快 • 正胶可以短时使用
硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或 者乙酸系统(通常称为HNA系统) ，其刻蚀机理：
硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅，然后由HF将 二氧化硅溶解 Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2
水和乙酸（CH3COOH）通常作为稀释剂，在HNO3 溶液中，HNO3几乎全部电离，因此H+浓度较高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，它的电离反应为
表面微加工 (Surface micromachining)
• 集成电路技术 • 牺牲层技术 (Sacrificial layer )
键合 (Bonding) LIGA 软光刻技术(Soft Lithography)
典型MEMS制造方法
2 MEMS光刻
深槽光刻 厚胶光刻 双面光刻
深槽光刻
• 版图设计时进行部分补偿
厚胶光刻
• 厚胶应用
– 集成电路光刻胶层厚度1 μm – MEMS中光刻胶层厚度1 μm -1mm
化学腐蚀技术 化学腐蚀高选择性+物理腐蚀所具有的各向异性
（1）等离子体腐蚀（Plasma Etcing, PE） （2）反应离子腐蚀（Reactive Ion Etching,，RIE） （3）反应离子束腐蚀
总结
CH3COOH=CH3COO-+H+
湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀
– 二倍刻蚀速率 – 与刻蚀剂成分比例有关 – 与晶向有关
湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀
– 保护层 (Passivation layer)
• SiN 和Au基本不刻蚀 • 热生长SiO2 刻蚀速度 30-80 nm/min, 慢100x • Al 刻蚀极快 • 正胶可以短时使用
硅各向同性腐蚀最常用的腐蚀液为HF-HNO3加水或 者乙酸系统(通常称为HNA系统) ，其刻蚀机理：
硝酸硅发生氧化反应生成二氧化硅，然后由HF将 二氧化硅溶解 Si+HNO3+HF=H2SiF6+HNO2+H2O+H2
水和乙酸（CH3COOH）通常作为稀释剂，在HNO3 溶液中，HNO3几乎全部电离，因此H+浓度较高，而 CH3COOH是弱酸，电离度较小，它的电离反应为
表面微加工 (Surface micromachining)
• 集成电路技术 • 牺牲层技术 (Sacrificial layer )
键合 (Bonding) LIGA 软光刻技术(Soft Lithography)
典型MEMS制造方法
2 MEMS光刻
深槽光刻 厚胶光刻 双面光刻
深槽光刻
• 版图设计时进行部分补偿
厚胶光刻
• 厚胶应用
– 集成电路光刻胶层厚度1 μm – MEMS中光刻胶层厚度1 μm -1mm
MEMS技术导论3
刻蚀的选择比：被刻蚀材料与另一种材料的刻蚀速 度比。在选择掩模时特别考虑。 刻蚀的横向钻蚀和倾斜。
光刻胶和一些材料的薄膜可用于掩模。必须有足够 高的选择比。其腐蚀速率如下。
Si的腐蚀
• • • • • 若干中体Si的腐蚀技术，各有优势。 各向同性，腐蚀方法，选择性是考虑腐蚀技术的关键。 各向异性，刻蚀深沟和腔。 湿法腐蚀：成本低，批量大，各向同性或各向异性。 干法刻蚀：设备成本高。专用真空管路系统。
• 溅射用于MEMS的优势：低温淀积（<150 度）各种金属，玻璃，压电陶瓷。 • 通常淀积气压低（0.1-1Pa)膜层压应力，高 气压（1-10Pa)膜层张应力。衬底温度提高 可减小应力。 • 靶材料比wafer大时，台阶覆盖好。
蒸发
加热坩锅中的材料使之蒸气压高于背景蒸气压（0.1-1Pa)，而淀 积在衬底上。
• 双面光刻：两面图案要求精确对准的场合 • 如压力传感器要求正面压阻敏感元对准背 面的腔的边缘。误差大于5微米，则产生二 级信号。 • 双面对准工具：德国Karl Suss公司，奥地 利Electronic Visions Company 公司。
1。将被固定住的掩模上的对准 标记调清。存储图像
厚光刻胶
• 厚胶用于深刻蚀的掩模或电铸模版(1—100 微米） • 多次涂胶或低速涂黏性光刻胶（厚度控制 和均匀性控制是主要困难 • 精度受损（光刻胶厚于5微米），曝光区域 的表面形貌成斜坡。胶厚与最小特征尺寸 比约为3。 • 可用特殊曝光方法。但成本高。
• 深沟或深腔（深度大于10微米）情况，膜 厚均匀性差。 • 曝光困难（镜深限制）。投射式曝光更适 合。（系列调焦步骤），成本高。
• 氧化物的生长速 率：温度、压力 氧化方式、晶向、 掺杂水平 • 线性阶段：150 埃左右。（反应 速率控制） • 抛物线阶段： （扩散控制阶段） 受氧在氧化Si中 扩散速率控制。
半导体制造工艺流程通用课件
半导体制造工艺流程通用课件
目录
• 半导体制造概述 • 半导体制造的前处理 • 半导体制造的核心工艺 • 半导体制造的后处理 • 半导体制造的挑战与解决方案 • 半导体制造的发展趋势与未来展望
01
半导体制造概述
半导体制造的定义
半导体制造
指通过一系列精密的物理和化学 工艺，将单晶硅或其他半导体材 料转化为集成电路的过程。
采用高k金属栅极材料， 可以提高芯片的性能和降 低功耗。
新型绝缘材料
采用新型绝缘材料，可以 提高芯片的集成度和可靠 性。
新型封装材料
采用新型封装材料，可以 提高芯片的散热性能和可 靠性。
系统集成与封装技术的发展
系统集成技术
通过系统集成技术，将多个芯片集成在一个封装 内，实现更高的性能和更小的体积。
封装类型
常见的封装类型包括塑料封装、陶瓷封装和金属封装等，它们具有不同的特点和适用范围 。
封装工艺
封装工艺涉及到多个环节，包括芯片贴装、引脚焊接、密封和标记等，每个环节都对保证 芯片的性能和可靠性至关重要。
测试与验证
测试与验证
在半导体制造的后处理过程中，测试与验证是确保芯片性能和质量 的重要环节。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是通过化学反应在半导体表面形成薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积是在高温下，将气态物质在半导体表面进行化学反应，形成固态薄膜的过程。沉积的薄膜可以作为 绝缘层、导电层或保护层，对半导体器件的性能和稳定性具有重要影响。
04
半导体制造的后处理
金属化
金属化
在半导体制造的后处理过程中，金属化是关键的一步，它 涉及到在芯片表面沉积金属，以实现电路的导电连接。
半导体制造的工艺流程简介
目录
• 半导体制造概述 • 半导体制造的前处理 • 半导体制造的核心工艺 • 半导体制造的后处理 • 半导体制造的挑战与解决方案 • 半导体制造的发展趋势与未来展望
01
半导体制造概述
半导体制造的定义
半导体制造
指通过一系列精密的物理和化学 工艺，将单晶硅或其他半导体材 料转化为集成电路的过程。
采用高k金属栅极材料， 可以提高芯片的性能和降 低功耗。
新型绝缘材料
采用新型绝缘材料，可以 提高芯片的集成度和可靠 性。
新型封装材料
采用新型封装材料，可以 提高芯片的散热性能和可 靠性。
系统集成与封装技术的发展
系统集成技术
通过系统集成技术，将多个芯片集成在一个封装 内，实现更高的性能和更小的体积。
封装类型
常见的封装类型包括塑料封装、陶瓷封装和金属封装等，它们具有不同的特点和适用范围 。
封装工艺
封装工艺涉及到多个环节，包括芯片贴装、引脚焊接、密封和标记等，每个环节都对保证 芯片的性能和可靠性至关重要。
测试与验证
测试与验证
在半导体制造的后处理过程中，测试与验证是确保芯片性能和质量 的重要环节。
化学气相沉积
总结词
化学气相沉积是通过化学反应在半导体表面形成薄膜的过程。
详细描述
化学气相沉积是在高温下，将气态物质在半导体表面进行化学反应，形成固态薄膜的过程。沉积的薄膜可以作为 绝缘层、导电层或保护层，对半导体器件的性能和稳定性具有重要影响。
04
半导体制造的后处理
金属化
金属化
在半导体制造的后处理过程中，金属化是关键的一步，它 涉及到在芯片表面沉积金属，以实现电路的导电连接。
半导体制造的工艺流程简介
第三章 MEMS制造技术-2
湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀
– 二倍刻蚀速率 – 与刻蚀剂成分比例有关 – 与晶向有关
湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀
– 保护层 (Passivation layer)
• • • • • • • • SiN 和Au基本不刻蚀 热生长SiO2 刻蚀速度 30-80 nm/min, 慢100x Al 刻蚀极快 正胶可以短时使用 去除表面损伤，消除尖角，降低表面残余应力 其他加工后的表面剖光 减薄和刻蚀 刻蚀圆形通道
• 版图设计时进行部分补偿
厚胶光刻
• 厚胶应用
– 集成电路光刻胶层厚度1 µm – MEMS中光刻胶层厚度1 µm -1mm
• 问题
– 曝光衍射和散射 – 分辨率下降 – 曝光剂量不够
双面光刻
• 激光对准
3 体微加工技术
概述 湿法刻蚀
各向同性湿法刻蚀 各向异性湿法刻蚀
干法刻蚀
概述
• 定义：向基底深度方向进行刻蚀的技术 • 刻蚀方法
湿法刻蚀小结
各向同性刻蚀
–刻蚀剂 –刻蚀参数 –选择比和保护层
湿法刻蚀的优缺点
操作简单 碱金属与IC 不兼容 相对安全和 无毒 不够灵活
各向异性刻蚀
– 刻蚀剂: KOH, EDP, TMAH –刻蚀速率与晶向有关 –刻蚀参数 –选择比和保护层 –刻蚀停止
干法刻蚀
• • • • 简介 刻蚀机理 三维结构 举例
– 集成电路制造中，表面起伏1-2 µm – MEMS制造中，表面带有微结构和深槽，10100 µm
• 旋涂问题
– 聚积 – 解决方法
• 喷涂 (Spray coating ) • 电镀 (Electroplating)
深槽光刻
• 曝光问题
半导体制造工艺培训教材PPT(共 57张)
每次煮10min，然后用去离子水煮沸，一直 到中性，烘干；
在真空中加温，时间为1~2h，以去除石墨 中的杂质；
常州信息职业技术学院
蒸铝过程
学习情景三
打开机械泵放气阀门。打开电源开关和机 械泵开关及真空室放气阀门，开启钟罩；
将处理好的铝丝挂好，放好硅片，降下钟 罩，关闭真空室放气阀门；
体（粒子靶）进行轰击，使气相等离子体 内具有被溅镀物体的粒子，这些粒子淀积 到硅晶片上形成溅射薄膜；
常州信息职业技术学院
学习情景三
溅射系统示意图
常州信息职业技术学院
热丝蒸发
学习情景三
分类：真空钨丝蒸发和电子束蒸发
真空钨丝蒸发 真空知识 1标准大气压=760mmHg=760Torr
1mmHg=1Torr=133Pa 粗真空：760~10Torr 低真空：10~10-3Torr 中真空：10-3~10-5Torr 高真空：10-5~10-8Torr 超高真空：10-8Torr以上
学习情景三
学习情景三： 薄膜制备
子情景4： 物理气相淀积
常州信息职业技术学院
学习情景三
半导体制造工艺 第2版
• 书名：半导体制造工 艺 第2版
• 书号：978-7-11150757-4
• 作者：张渊 • 出版社：机械工业出
版社
常州信息职业技术学院
物理气相淀积
学习情景三
概念：物理气相淀积，简称PV喷射出 来。系统中的气体分子不断作扩散运动， 一旦与油蒸汽分子相撞，就被油蒸汽分子 带走。因为油蒸汽分子的质量大，并且作 定向运动，所以气体分子就会被油蒸汽分 子带到前方；
常州信息职业技术学院
学习情景三
蒸发设备
真空蒸发设备又叫真空镀膜机；
在真空中加温，时间为1~2h，以去除石墨 中的杂质；
常州信息职业技术学院
蒸铝过程
学习情景三
打开机械泵放气阀门。打开电源开关和机 械泵开关及真空室放气阀门，开启钟罩；
将处理好的铝丝挂好，放好硅片，降下钟 罩，关闭真空室放气阀门；
体（粒子靶）进行轰击，使气相等离子体 内具有被溅镀物体的粒子，这些粒子淀积 到硅晶片上形成溅射薄膜；
常州信息职业技术学院
学习情景三
溅射系统示意图
常州信息职业技术学院
热丝蒸发
学习情景三
分类：真空钨丝蒸发和电子束蒸发
真空钨丝蒸发 真空知识 1标准大气压=760mmHg=760Torr
1mmHg=1Torr=133Pa 粗真空：760~10Torr 低真空：10~10-3Torr 中真空：10-3~10-5Torr 高真空：10-5~10-8Torr 超高真空：10-8Torr以上
学习情景三
学习情景三： 薄膜制备
子情景4： 物理气相淀积
常州信息职业技术学院
学习情景三
半导体制造工艺 第2版
• 书名：半导体制造工 艺 第2版
• 书号：978-7-11150757-4
• 作者：张渊 • 出版社：机械工业出
版社
常州信息职业技术学院
物理气相淀积
学习情景三
概念：物理气相淀积，简称PV喷射出 来。系统中的气体分子不断作扩散运动， 一旦与油蒸汽分子相撞，就被油蒸汽分子 带走。因为油蒸汽分子的质量大，并且作 定向运动，所以气体分子就会被油蒸汽分 子带到前方；
常州信息职业技术学院
学习情景三
蒸发设备
真空蒸发设备又叫真空镀膜机；
第三章-MEMS制造技术-1(半导体工艺)
扩散的适用数学模型是Fick定律
N(x)
F D
x
式中：
F 为掺入量
D 为扩散率
N 每单位体积中掺入浓度
扩散方式
➢液态源扩散：利用保护气体携带杂质蒸汽进
入反应室，在高温下分解并与硅表面发生反
应，产生杂质原子，杂质原子向硅内部扩散
。
➢固态源扩散：固态源在高温下汽化、活化后
与硅表面反应，杂质分子进入硅表面并向内
蒸发、溅射等）；厚度范围广，由几百埃至数
毫米。且能大量生产；
（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。
常压化学气相淀积
特点:用于SiO2的淀积
➢◆ PWS－5000：
➢SiH4+O2=SiO2 +H2O
➢φ100mm：10片，φ125mm:8片
➢Time:15min
➢Temp:380～450℃±6℃
550~900℃ Si3N4 ：30—80 高，晶片容量大 高淀积速率
多晶硅：30—80
掺杂或非掺杂氧
化物、氮化物、
晶体硅、钨
CVD
工艺
压强/温度
通常的淀积速
率10-10米/分
APCVD 100—10kPa SiO2：700
350~400℃
PECVD 0.2—5汞柱 Si3N4： 300—
300~400℃ 350
b)氧化层的形成
c）氧化层的生长
由颜色来确定氧化层厚度
氧化炉
2、化学气相淀积技术
➢ CVD：Chemical Vapor Deposition
➢ 定义：使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，
使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成
固态物质淀积在衬底上。相对的蒸发和性好、台阶覆盖性
半导体制造工艺教材(40页)
4
2.1 引言
由于CMOS技术在MOS器件工艺中最有代表性，在综合尺寸缩小和 工作电压降低的同时获得了工作性能以及集成度的提高，是亚微米 集成电路广泛采用的一种器件结构，因此本章将主要介绍双极型集 成电路、CMOS集成电路的制造过程，在同学们在学习各个主要工 艺之前对各工艺在集成电路制造中的作用有一个大致的了解，在今 后章节的学习中目的性更强。由于每个器件彼此之间需要相互绝缘， 即需要隔离，因此在介绍这两种工艺之前先对器件隔离技术做简单
2)在外延层上淀积二氧化硅(SiO2)，并进行光刻和刻蚀。 3)去除光刻胶，露出隔离区上的N型外延层硅，然后在N型外延层上 进行P型杂质扩散，扩散深度达到衬底，这是双极型集成电路制造工 艺中最费时的一步，使N型的器件区域的底部和侧面均被PN结所包 围，器件就制作在被包围的器件区里。 2.2.2 绝缘体隔离 绝缘体隔离法通常用于MOS集成电路的隔离，用二氧化硅作为绝缘 体，该二氧化硅作为隔离墙，一般来说，二氧化硅隔离用于器件区 域的侧面，器件区域底部的隔离则用PN结来实现。图2⁃2所示为集成 电路中采用绝缘体隔离的例子。深度达到衬底的V型沟槽内侧形成 二氧化硅，再用多晶硅填满，达到绝缘隔离的目的。
7
2.2 器件的隔离
图2-2 绝缘体隔离
8
2.2 器件的隔离
1.局部氧化隔离(LOCOS)工艺 1)热生长一层薄的垫氧层，用来降低氮化物与硅之间的应力。 2)淀积氮化物膜(Si3N4)，作为氧化阻挡层。 3)刻蚀氮化硅，露出隔离区的硅。 4)热氧化，氮化硅作为氧化阻挡层保护下面的硅不被氧化，隔离区 的硅被氧化。 5)去除氮化硅，露出器件区的硅表面，为制作器件做准备。
34
2.4 CMOS器件制造工艺
3)使用侧墙隔离(防止对源漏区进行更大剂量注入时，源漏区的杂质 过于接近沟道以致可能发生源漏穿透)，钛硅化合物和侧墙隔离解决 了硅铝氧化问题。 4)多晶硅栅和采用钨硅化合物和钛硅化合物实现局部互连，减小了 电阻并提高了器件速度。 5)光刻技术方面使用G-line(436nm)、I-line(365nm)、深紫外线DUV(2 48nm)光源曝光，并使用分辨率高的正性光刻胶，用步进曝光取代整 体曝光。 6)用等离子体刻蚀形成刻蚀图形。 7)湿法刻蚀用于覆盖薄膜的去除。 8)采用立式氧化炉，能使硅片间距更小，更好地控制沾污。
2.1 引言
由于CMOS技术在MOS器件工艺中最有代表性，在综合尺寸缩小和 工作电压降低的同时获得了工作性能以及集成度的提高，是亚微米 集成电路广泛采用的一种器件结构，因此本章将主要介绍双极型集 成电路、CMOS集成电路的制造过程，在同学们在学习各个主要工 艺之前对各工艺在集成电路制造中的作用有一个大致的了解，在今 后章节的学习中目的性更强。由于每个器件彼此之间需要相互绝缘， 即需要隔离，因此在介绍这两种工艺之前先对器件隔离技术做简单
2)在外延层上淀积二氧化硅(SiO2)，并进行光刻和刻蚀。 3)去除光刻胶，露出隔离区上的N型外延层硅，然后在N型外延层上 进行P型杂质扩散，扩散深度达到衬底，这是双极型集成电路制造工 艺中最费时的一步，使N型的器件区域的底部和侧面均被PN结所包 围，器件就制作在被包围的器件区里。 2.2.2 绝缘体隔离 绝缘体隔离法通常用于MOS集成电路的隔离，用二氧化硅作为绝缘 体，该二氧化硅作为隔离墙，一般来说，二氧化硅隔离用于器件区 域的侧面，器件区域底部的隔离则用PN结来实现。图2⁃2所示为集成 电路中采用绝缘体隔离的例子。深度达到衬底的V型沟槽内侧形成 二氧化硅，再用多晶硅填满，达到绝缘隔离的目的。
7
2.2 器件的隔离
图2-2 绝缘体隔离
8
2.2 器件的隔离
1.局部氧化隔离(LOCOS)工艺 1)热生长一层薄的垫氧层，用来降低氮化物与硅之间的应力。 2)淀积氮化物膜(Si3N4)，作为氧化阻挡层。 3)刻蚀氮化硅，露出隔离区的硅。 4)热氧化，氮化硅作为氧化阻挡层保护下面的硅不被氧化，隔离区 的硅被氧化。 5)去除氮化硅，露出器件区的硅表面，为制作器件做准备。
34
2.4 CMOS器件制造工艺
3)使用侧墙隔离(防止对源漏区进行更大剂量注入时，源漏区的杂质 过于接近沟道以致可能发生源漏穿透)，钛硅化合物和侧墙隔离解决 了硅铝氧化问题。 4)多晶硅栅和采用钨硅化合物和钛硅化合物实现局部互连，减小了 电阻并提高了器件速度。 5)光刻技术方面使用G-line(436nm)、I-line(365nm)、深紫外线DUV(2 48nm)光源曝光，并使用分辨率高的正性光刻胶，用步进曝光取代整 体曝光。 6)用等离子体刻蚀形成刻蚀图形。 7)湿法刻蚀用于覆盖薄膜的去除。 8)采用立式氧化炉，能使硅片间距更小，更好地控制沾污。
《MEMS与微制造》课件
加速度计：用于汽车安全气囊、智能手机等 陀螺仪：用于导航系统、无人机等 压力传感器：用于医疗设备、工业自动化等 微镜：用于投影仪、激光打印机等 微流体器件：用于生物医学、化学分析等 微机械谐振器：用于无线通信、频率控制等
Part Five
MEMS设计方法与 仿真
MEMS设计的基本原则和方法
纳米级结构的技术
激光加工技术：利用激光在 硅片上形成微米级或纳米级
结构的技术
添加标题
添加标题
添加标题
微加工技术分类：光刻、刻 蚀、沉积、电镀、激光加工
等
添加标题
刻蚀技术：利用化学或物理 方法在硅片上形成微米级或
纳米级结构的技术
添加标题
电镀技术：利用电化学反应 在硅片上形成微米级或纳米
级结构的技术
典型的MEMS制造工艺流程
智能制造技术： 利用人工智能和 物联网技术进行 制造，实现智能 制造和智能生产
THANKS
汇报人：PPT
Part One
单击添加章节标题
Part Two
MEMS技术概述
MEMS的定义和特点
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）：微机电系统，是一种将微电子技术与机械 工程相结合的技术。
特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、集成度高、功能强大。
应用领域：广泛应用于航空航天、生物医学、通信、消费电子等领域。
分类：根据封装材料、工艺和结构的不同，MEMS封装可分为陶瓷封装、金 属封装、塑料封装等。
发展趋势：随着MEMS技术的不断发展，对MEMS封装的要求也越来越高。 未来，MEMS封装将朝着小型化、集成化、低成本和高可靠性的方向发展。
MEMS封装材料与结构
Part Five
MEMS设计方法与 仿真
MEMS设计的基本原则和方法
纳米级结构的技术
激光加工技术：利用激光在 硅片上形成微米级或纳米级
结构的技术
添加标题
添加标题
添加标题
微加工技术分类：光刻、刻 蚀、沉积、电镀、激光加工
等
添加标题
刻蚀技术：利用化学或物理 方法在硅片上形成微米级或
纳米级结构的技术
添加标题
电镀技术：利用电化学反应 在硅片上形成微米级或纳米
级结构的技术
典型的MEMS制造工艺流程
智能制造技术： 利用人工智能和 物联网技术进行 制造，实现智能 制造和智能生产
THANKS
汇报人：PPT
Part One
单击添加章节标题
Part Two
MEMS技术概述
MEMS的定义和特点
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）：微机电系统，是一种将微电子技术与机械 工程相结合的技术。
特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、集成度高、功能强大。
应用领域：广泛应用于航空航天、生物医学、通信、消费电子等领域。
分类：根据封装材料、工艺和结构的不同，MEMS封装可分为陶瓷封装、金 属封装、塑料封装等。
发展趋势：随着MEMS技术的不断发展，对MEMS封装的要求也越来越高。 未来，MEMS封装将朝着小型化、集成化、低成本和高可靠性的方向发展。
MEMS封装材料与结构
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扩散与注入的特点
扩散
工艺温度：
高温
浓度和分布控制： 较精确
横向扩散：
大
晶格损伤：
小
工艺自由度：
扩散的适用数学模型是Fick定律
式中：
F 为掺入量 D 为扩散率 N 每单位体积中掺入浓度
扩散方式
液态源扩散：利用保护气体携带杂质蒸汽进 入反应室，在高温下分解并与硅表面发生反 应，产生杂质原子，杂质原子向硅内部扩散。
固态源扩散：固态源在高温下汽化、活化后 与硅表面反应，杂质分子进入硅表面并向内 部扩散。
2.离子注入
• 定义：将掺杂剂通过离子注入机的离化、加 速和质量分析，成为一束由所需杂质离子组 成的高能离子流而投射入晶片（俗称靶）内 部，并通过逐点扫描完成整块晶片的注入
• 掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定
• 掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定
离子注入的优点： 掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多 可以对化合物半导体进行掺杂
2．漏电电流大：表面沾污引起的表面漏电；氧化 层的缺陷破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和 氧化层在电路中的绝缘作用而导电；硅片的缺陷引 起杂质扩散时产生管道击穿。
3．薄层电阻偏差
工艺控制
污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子 污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具 参量控制：温度，时间，气体流量(影响最大?) 1.温度控制：源温、硅片温度、升温降温、测温 2.时间： 进舟出舟自动化, 试片 3.气体流量：流量稳定，可重复性
液态源扩散
硼B
扩散源：硼酸三甲酯，硼酸三丙酯等 扩散原理：硼酸三甲酯500C分解后与硅反
应，在硅片表面形成硼硅玻璃，硼原子继 续向内部扩散，形成扩散层。
扩散系统：N2气源、纯化、扩散源、 扩散炉
扩散工艺：预沉积，去BSG，再分布 工艺条件对扩散结果的影响
气体流量、杂质源、温度
形式：替代式扩散和间隙式扩散
恒定表面浓度扩散和再分布扩散
替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：
Ⅲ、Ⅴ族元素 一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均
远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层 作为杂质扩散的掩蔽层
间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：
方式：
热退火：管式炉，保护气氛，900C， 20~30min，用于再扩散
激光退火：自淬火，局部加热，制备欧 姆接触
普通热退火
退火时间通常为15--30min，使用通常的扩 散炉，在真空或氮、氩等气体的保护下对 衬底作退火处理。
缺点：清除缺陷不完全，注入杂质激活不 高，退火温度高、时间长，导致杂质再分 布。
离子注入
特点：横向效应小，但结深浅；杂质量可控； 晶格缺陷多
基本原理：杂质原子经高能粒子轰击离子化 后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层
装置：离子源、聚焦、分析器、加速管、扫 描、偏转、靶室、真空系统
离子注入系统的原理示意图
离子注入的步骤
注入的离子在基底中的分布
根据Ruska(1987)，注入离子的浓度N（X）
第三章 MEMS制造技术 ——半导体制造技术
主要内容
掺杂技术、退火技术 表面薄膜制造技术 光刻技术 金属化技术 刻蚀技术 净化与清洗 接触与互连 键合、装配和封装
集成电路制造过程
一、 掺杂与退火
掺杂定义：就是用人为的方法，将所需的杂
质（如磷、硼等），以一定的方式掺入到半 导体基片规定的区域内，并达到规定的数量 和符合要求的分布，以达到改变材料电学性 质、制作PN结、集成电路的电阻器、互联线
分散 Rp，nm
39.0 19.5 9.0
69．0 53．5 26．1
3、退火
定义：一般是利用各种能量形式所产生的热效 应，来消除半导体片在其加工过程中所引起的 各种晶格缺陷和内应力，或根据需要使表面材 料产生相变和改变表面形态。
定义：将注入离子的硅片在一定温度和真空或 氮、氩等高纯气体的保护下，经过适当时间的 热处理，部分或全部消除硅片中的损伤，少数 载流子的寿命及迁移率也会不同程度的得到恢 复，掺入的杂质也将的到一定比例的电激活， 这样的热处理过程称为退火。
片状BN扩散
氧气活化，氮气保护，石英管和石英 舟，预沉积和再分布
片状P扩散
扩散源为偏磷酸铝和焦磷酸硅
固-固扩散（乳胶源扩散）
扩散炉
质量分析
1．硅片表面不良：表面合金点；表面黑点或白雾； 表面凸起物；表面氧化层颜色不一致；硅片表面滑 移线或硅片弯曲；硅片表面划伤，边缘缺损，或硅 片开裂等
Na、K、Fe、Cu、Au 等元素 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级
扩散工艺主要参数
结深：当用与衬底导电类型相反的杂质 进行扩散时，在硅片内扩散杂质浓度与 衬底原有杂质浓度相等的地方就形成了 pn结，结距扩散表面的距离叫结深。
薄层电阻Rs（方块电阻） 表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。
可遵循下面方程式
RP 为注入的范围，um ΔRP为分散度或者“离散度” Q是离子束的剂量（原子数/cm2）
硅中常用掺杂剂的离子注入
离子 在30keV 能级
硼（B） 磷(P) 砷(As)
在100 keV 能级 硼（B） 磷(P) 砷(As)
范围 Rp，nm
106.5 42.0 23.3
307．0 135．0 67．8
液态源扩散
磷P
扩散源：POCl3，PCl3，PBr3等 扩散原理：三氯氧磷600C分解后与硅反应，
在硅片表面形成磷硅玻璃，磷原子继续向内 部扩散，形成扩散层。
扩散系统：O2和N2气源、纯化、扩散源、源冷 却系统、扩散炉
扩散工艺：预沉积，去PSG，再分布
固态源扩散 箱法B扩散
B2O3或BN源，石英密封箱
的目的。
掺杂的主要形式：注入和扩散
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不
活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。
目的：激活杂质
消除损伤 结构释放后消除残余应力
退火方式：
炉退火 快速退火
1.扩散工艺 定义：在一定温度下杂质原子具有一
定能量，能够克服阻力进入半导体并 在其中做缓慢的迁移运动。