微电子工艺(电子科技大学微电子与固体电子学院本科微电子工艺课件)
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。
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%。
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。
2005年 65nm
2007年 45nm
2009年 32nm
2012年 22nm
2014年 14/16nm
Intel首款14nm处理器——第五代Core处理器问世（2015-1-6） 第五代Core处理器平台电晶体(Transistor)数量比第四代Core加35%，但尺寸却缩减37%; 此外，在3D图像处理性能、影片转码速度、电池续航力、整体性能等评比项目，第五代Core处理 器平台都较前一代产品分别提升22%、50%、40%以及1.5小时的表现。
微电子工艺学课件_4
第四章加工环境与基片清洗4.1概述4.2 环境净化4.3 硅片清洗4.4 吸杂4.5 测量方法2局部光散射栅氧化层完整性≫≫ITRS Roadmap成品率每百分之一的提升都有巨大价值！Y randomY systematic Y total 起步阶段20％80％16％上升阶段80％90％72％成熟阶段90％95％86％影响成品率的因素：5!!!......................................¾e负二项模型聚集因子¾微粒金属离子化学物质细菌污染物静电缺陷从哪里来？缺陷：Life time killers1. ¾所有可以落在硅片表面的微小颗粒1 μm2 μm 30μm 100 μm烟尘尘埃指纹印人类毛发最关心颗粒尺寸：可在空气中长时间悬浮¾可移动离子污染物Fe, Cu, Ni,Fe, Cu, Ni,每10亿单位中金属杂质Sodium（Na）50 Potassium（K）50 Iron（Fe）50 Copper（Cu）60 Nickel （Ni）60 Aluminium（Al）60 Magnesium（Mg）60 Lead（Pb）60 Zinc（Zn）60某光刻胶去除剂金属杂质含量与氢原子发生电荷交换，和硅结合而被束缚在其表面。
硅片表面氧化时，进入氧化例write, read 漏放电的峰值电流静电荷在两物体间未经控制地传递，可能损坏芯片；电荷积累产生的电场会吸引带电颗粒或极化并吸引如何控制污染、降低缺陷密度？4.2ISO, FS209E洁净度等级对照19个/M3≥0.5umISO14644-1(1999)US209E(1992)US209D(1988)EECGGMP(1989)FRANCEAFNOR(1981)GERMANYVDI2083(1990)JAPANJAOA(1989)13.520210.0M135.33M1.5113100M23534M2.51024 1,000M33,5305M3.5100A+B4,00035 10,000M435,3006M4.51,0001,00046 100,000M5353,0007M5.510,000C400,00057 1,000,000M63,530,0008M6.5100,000D4,000,00068 10,000,000M7空气洁净大于或等于表中粒径的最大浓度限值(pc/m3)度等级(N)0.1um0.2um0.3um0.5um1um5um11022 （光刻、制版）100241043 （扩散、CVD）10002371023584 （封装、测试）1000023701020352835 （单晶制备）1000002370010200352083229 61000000237000102000352008320293 7352000832002930 8352000083200029300 9352000008320000293000空气初级过滤器鼓风机亚高效过滤器高效过滤器排放口收集口出风口洁净环境洁净室局部净化垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境洁净室（clean room）:泛指集成电路和其它微电子22231、屋顶：复杂的封闭式结构，有两种类型：a. 轧制铝支架加现场制作的静压箱／风道；b. 预制的整体式静压箱／风道加支架。
微电子工艺课件Chapter-9(zhang)b_图文_图文
9.3 CMOS制作步骤—11通孔2和钨塞2的形成
9.3 CMOS制作步骤—11通孔2和钨塞2的形成
9.3 CMOS制作步骤—12第2层金属互连的形成
9.3 CMOS制作步骤—12第2层金属互连的形成
9.3 CMOS制作步骤—13金属3直到压焊点及合金
9.3 CMOS制作步骤—13金属3直到压焊点及合金
薄膜生长CVD Processing System
Process chamber
Gas inlet
Capacitivecoupled RF input
CVD cluster tool
Chemical vapor deposition
Wafer Susceptor
Heat lamps
Figure 9.7
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
双极工艺举例
双极工艺举例
双极工艺举例
9.3 CMOS制作步骤—8局部互连工艺
9.3 CMOS制作步骤—8局部互连工艺
9.3 CMOS制作步骤—9通孔1和钨塞1的形成
9.3 CMOS制作步骤—9通孔1和钨塞1的形成
9.3 CMOS制作步骤—9通孔1和钨塞1的形成
LI 钨连线Tungsten LI
多晶硅栅Polysilicon
钨塞 Tungsten
SEM显微照片 M1 over Tungsten Vias
TiN metal cap
Metal 1, Al
Tungsten plug
Mag. 17,000 X
Photo 9.5
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。
电子科大微电子工艺(第十章)装配与封装ppt课件
. 减薄到5um的硅片
二、分片
Wafer 台
锯刃
硅片锯和. 被划硅片
三、装架
引线框架
引线
芯片
塑料 DIP
装片用的典. 型引线框架
环氧树脂粘贴：散热加银粉的导热树脂 共晶焊粘贴：散热更好 玻璃焊料粘贴：密封好
.
四、引线键合
芯片表面的压点和引线框架上或基座上的电极内 端电连接的方法。
Die 键合的引线
压点
压模混合物 引线框架
管脚尖
从芯片压焊点. 引线框架的键合
热压键合 超声键合 热超声球键合
几种常用键合引线特性比较
.
钩
Post Device
在测试中的芯片 样品卡
引线键合质量测试：目检和拉力测试。
.
10.3 先进的装配与封装
倒装芯片---Flip chip 球栅阵列---Ball grid array (BGA) 板上芯片---Chip on board (COB) 卷带式自动键合Tape automated bonding (TAB) 多芯片模块---Multichip modules (MCM) 芯片尺寸封装---Chip scale packaging (CSP) 圆片级封装---Wafer-level packaging
硅片测试和拣选
分片
贴片
引线键合
塑料封装
.
最终封装与测试
二、封装技术发展历程
.
三、封装的分类
二维与三维 构造 引脚插入型与表面贴装型
单边、双边、四边与底部引脚
微
金属封装
电
子 封
资料 陶瓷封装
装
塑料封装
气密性封装
性能
非气密性封装
微电子工艺课件10zhangb
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〕：
第十章 氧化—10.2 氧化膜
注入屏蔽氧化层〔减少注入沟道和注入损伤〕：
第十章 氧化—10.2 氧化膜
第十章 氧化—10.3 热氧化生长
1、不同厚度对应不同的颜色〔附录D〕 2、参数：厚度、均匀性、针孔和空隙 3、干氧、湿氧 4、氧化生长模式
第十章 氧化— 快速热处理Leabharlann 第十章 氧化— 快速热处理
第十章 氧化— 快速热处理
第十章 氧化— 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
第十章 氧化—10.6 氧化工艺
干氧和湿氧的比较
第十章 氧化—10.3 热氧化生长
第十章 氧化— 热氧化生长模式
生长1000 nm二氧化硅，需要消耗460 nm硅〔为什 么？〕
第十章 氧化— 热氧化生长模式
正常情况下，每个Si原子和4个O原子结合，每个O原 子和2个Si原子结合。但是在Si/SiO2界面处有Si原子 没有和O原子结合〔悬挂键〕。界面2nm内硅的不完 全氧化是带正电的固定氧化物电荷区。
微电子工艺课件 10zhangb
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第十章 氧化
1、硅片外表热生长一层氧化层的能力是集成电路制造工 艺的根底之一，也是硅片取代锗片成为微电子工业
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。