半导体制造工艺简介PPT课件
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❖ （3）掺杂工艺：包括扩散工艺和离子注入工 艺。
21
3 工艺流程
❖ 以上工艺重复、组合使用，就形成集成电路 的完整制造工艺。
❖ 光刻掩模版（mask）：版图完成后要交付给 代工厂，将版图图形转移到晶圆上，就需要 经过一个重要的中间环节——制版，即制造 一套分层的光刻掩膜版。
22
3 工艺流程
❖ 制版——光刻掩膜版就是讲电路版图的各个 层分别转移到一种涂有感光材料的优质玻璃 上，为将来再转移到晶圆做准备，这就是制 版。
❖ 多晶硅的刻蚀：预刻蚀、主刻蚀、过刻蚀
33
6 常用工艺之三：刻蚀
❖ 光刻：将图形转移到覆盖在半导体硅片表面 的光刻胶
❖ 刻蚀：将图形转移到光刻胶下面组成器件的 各层薄膜上
❖ 湿法刻蚀：掩膜层下有横向钻蚀 ❖ 干法刻蚀：等离子体辅助刻蚀，是利用低压
放电等离子体技术的刻蚀方法
34
6 常用工艺之三：刻蚀
集成电路版图设计与验证
第三章 半导体制造工艺简介
1
学习目的
❖ （1）了解晶体管工作原理，特别是MOS管 的工作原理
❖ （2）了解集成电路制造工艺 ❖ （3）了解COMS工艺流程
2
主要内容
❖ 3.1半导体基础知识 ❖ 3.2 工艺流程 ❖ 3.3 工艺集成
3
3.1半导体基础知识
❖ 半导体硅原子结 构：4个共价键， 比较稳定，没有 明显的自由电子。
触，焊盘 ❖ 半导体：衬底 ❖ 绝缘体：电容介质，栅氧化层，横向隔离，
层间隔离，钝化层
20
3 工艺流程
❖ 集成电路的制造工艺是由多种单道工艺组合而 成的，单道工艺通常归为以下三类：
❖ （1）薄膜制备工艺：包括外延生长、氧化工 艺、薄膜淀积工艺，如制造金属、绝缘层等。
❖ （2）图形转移工艺：包括管科工艺和刻蚀工 艺。
❖ 每层版图都有相对应的掩膜版，并对应于不 同的工艺。
23
4 常用工艺之一：外延生长
❖ 半导体器件通常不是直接做在衬底上的， 而是先在沉底上生长一层外延层，然后将 器件做在外延层上。外延层可以与沉底同 一种材料，也可以不同。
❖ 在双极型集成电路中：可以解决原件间的 隔离；减小集电极串联电阻。
❖ 在CMOS集成电路中：可以有效避免闩锁 效应。
12
3.2 工艺流程
❖ 材料制备
13
1 制造工艺简介
❖ （a）n型硅晶片原材料（b）氧化后的晶片
14
1 制造工艺简介
❖ （c）涂敷光刻胶（d）光刻胶通过掩膜版曝 光
15
1 制造工艺简介
❖ （a）显影后的晶片（b）SiO2去除后的晶片 ❖ 氧化工艺
16
1 制造工艺简介
❖ （c）光刻工艺处理后的晶片 ❖ （d）扩散或离子注入形成PN结 ❖ 光刻和刻蚀工艺；扩散和离子注入工艺
10Baidu Nhomakorabea
主要内容
❖ 3.1半导体基础知识 ❖ 3.2 工艺流程 ❖ 3.3 工艺集成
11
3.2 工艺流程
❖ 1 制造工艺简介 ❖ 2 材料的作用 ❖ 3 工艺流程 ❖ 4 常用工艺之一：外延生长 ❖ 5 常用工艺之二：光刻 ❖ 6 常用工艺之三：刻蚀 ❖ 7 常用工艺之四：掺杂 ❖ 8 常用工艺之五：薄膜制备
❖ 4、 PN结 ❖ 单向导电性：整流、开关、稳压二极管。 ❖ 、5 MOS场效应管 ❖ （1）MOS管结构 ❖ NMOS、PMOS和CMOS ❖ MOS管是左右对称的，漏和源可以互换，只
是外加电压不同。
8
3.1半导体基础知识
❖ 漏区和源区称为有源区，是由掺杂形成的。 ❖ 栅：铝栅和硅栅（性能更好） ❖ MOS晶体管尺寸定义：宽和长 ❖ （2）MOS管工作原理 ❖ 反型层、沟道、饱和。 ❖ 饱和之后，沟道形成楔型，电流不再增加。
17
1 制造工艺简介
❖ （e）光刻工艺处理后的晶片（金属化工艺） ❖ （f）完整工艺处理后的晶片（光刻工艺）
18
1 制造工艺简介
❖ 工艺总结一：集成电路的制造是平面工艺， 需要多层加工
❖ 工艺总结二：芯片是由底层P-Sub到最上层 的不同图形层次叠加而成。
19
2 材料的作用
❖ 表2.1 集成电路中所需要的材料 ❖ 导体：低值电阻，电容极板，器件边线，接
35
6 常用工艺之三：刻蚀
36
6 常用工艺之三：刻蚀
❖ 各向异性腐蚀 （湿法刻蚀） ❖ 各向同性腐蚀：例如在铝线的刻蚀过程中，
加入含碳的气体，以形成侧壁钝化，这样可 以获得各向异性刻蚀效果
（漏端电压增加，但沟道的电阻率也在增加）
9
3.1半导体基础知识
❖ （3）MOS管应用 ❖ 栅压越大，电子够到越厚，沟道电阻率越低，
电流越大。因此MOS晶体管是电压控制电流 的器件。 ❖ 数字电路：开关作用，栅压为VDD或GND ❖ 模拟电路：栅压介于VDD和GND之间，调整 电流大小，进行信号放大作用。
24
5 常用工艺之二：光刻
❖ 目的：按照集成电路的设计要求，在SiO2或 金属层上面刻蚀出与光刻掩膜版完全相对应 的集合图形，以实现选择性扩散或金属布线 的目的。
25
5 常用工艺之二：光刻
❖ 主要步骤 ❖ （1）在晶圆上涂一层光刻胶，并将掩膜版
放在其上。 ❖ （2）曝光。正胶感光部分易溶解，负胶则
4
3.1半导体基础知识
❖ 1、半导体能带 ❖ 禁带带隙介于导体和绝缘体之间 ❖ 2、半导体载流子 ❖ 空穴和电子
5
3.1半导体基础知识
❖ 3、半导体分类 ❖ N型半导体和P型半导体 ❖ 掺杂半导体的特点： （1）导电性受掺杂浓度影响。被替代的硅原子
数越多，材料的电阻率越低，越容易导电。 （2）多子的浓度取决于杂质浓度，少子的浓度
取决于温度。
6
3.1半导体基础知识
❖ 关于扩散电阻： ❖ 集成电路中经常见到的扩散电阻其实就是利
用掺杂的方法改变材料的电阻率得到的。但 是当掺杂的杂质浓度增高时，电阻率会随着 浓度增高快速降低吗？ ❖ （与温度有关：杂质需要完全电离；掺杂半 导体中载流子的迁移率会随杂质浓度增加而 显著下降）
7
3.1半导体基础知识
相反。 ❖ （3）显影、刻蚀。 ❖ （4）去除光刻胶
26
尘埃粒子影响：洁净室
27
接触式和接近式曝光
28
掩膜
29
光刻胶
30
图形转移
31
图形转移
32
5 常用工艺之二：光刻
❖ 集成电路中每一层的制备都需要涂一层光刻 胶，都需要一层掩膜版，也需要曝光、显影 以及刻蚀。
❖ 一个芯片制造可能需要20或30个这样的材料 层。
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3 工艺流程
❖ 以上工艺重复、组合使用，就形成集成电路 的完整制造工艺。
❖ 光刻掩模版（mask）：版图完成后要交付给 代工厂，将版图图形转移到晶圆上，就需要 经过一个重要的中间环节——制版，即制造 一套分层的光刻掩膜版。
22
3 工艺流程
❖ 制版——光刻掩膜版就是讲电路版图的各个 层分别转移到一种涂有感光材料的优质玻璃 上，为将来再转移到晶圆做准备，这就是制 版。
❖ 多晶硅的刻蚀：预刻蚀、主刻蚀、过刻蚀
33
6 常用工艺之三：刻蚀
❖ 光刻：将图形转移到覆盖在半导体硅片表面 的光刻胶
❖ 刻蚀：将图形转移到光刻胶下面组成器件的 各层薄膜上
❖ 湿法刻蚀：掩膜层下有横向钻蚀 ❖ 干法刻蚀：等离子体辅助刻蚀，是利用低压
放电等离子体技术的刻蚀方法
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6 常用工艺之三：刻蚀
集成电路版图设计与验证
第三章 半导体制造工艺简介
1
学习目的
❖ （1）了解晶体管工作原理，特别是MOS管 的工作原理
❖ （2）了解集成电路制造工艺 ❖ （3）了解COMS工艺流程
2
主要内容
❖ 3.1半导体基础知识 ❖ 3.2 工艺流程 ❖ 3.3 工艺集成
3
3.1半导体基础知识
❖ 半导体硅原子结 构：4个共价键， 比较稳定，没有 明显的自由电子。
触，焊盘 ❖ 半导体：衬底 ❖ 绝缘体：电容介质，栅氧化层，横向隔离，
层间隔离，钝化层
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3 工艺流程
❖ 集成电路的制造工艺是由多种单道工艺组合而 成的，单道工艺通常归为以下三类：
❖ （1）薄膜制备工艺：包括外延生长、氧化工 艺、薄膜淀积工艺，如制造金属、绝缘层等。
❖ （2）图形转移工艺：包括管科工艺和刻蚀工 艺。
❖ 每层版图都有相对应的掩膜版，并对应于不 同的工艺。
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4 常用工艺之一：外延生长
❖ 半导体器件通常不是直接做在衬底上的， 而是先在沉底上生长一层外延层，然后将 器件做在外延层上。外延层可以与沉底同 一种材料，也可以不同。
❖ 在双极型集成电路中：可以解决原件间的 隔离；减小集电极串联电阻。
❖ 在CMOS集成电路中：可以有效避免闩锁 效应。
12
3.2 工艺流程
❖ 材料制备
13
1 制造工艺简介
❖ （a）n型硅晶片原材料（b）氧化后的晶片
14
1 制造工艺简介
❖ （c）涂敷光刻胶（d）光刻胶通过掩膜版曝 光
15
1 制造工艺简介
❖ （a）显影后的晶片（b）SiO2去除后的晶片 ❖ 氧化工艺
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1 制造工艺简介
❖ （c）光刻工艺处理后的晶片 ❖ （d）扩散或离子注入形成PN结 ❖ 光刻和刻蚀工艺；扩散和离子注入工艺
10Baidu Nhomakorabea
主要内容
❖ 3.1半导体基础知识 ❖ 3.2 工艺流程 ❖ 3.3 工艺集成
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3.2 工艺流程
❖ 1 制造工艺简介 ❖ 2 材料的作用 ❖ 3 工艺流程 ❖ 4 常用工艺之一：外延生长 ❖ 5 常用工艺之二：光刻 ❖ 6 常用工艺之三：刻蚀 ❖ 7 常用工艺之四：掺杂 ❖ 8 常用工艺之五：薄膜制备
❖ 4、 PN结 ❖ 单向导电性：整流、开关、稳压二极管。 ❖ 、5 MOS场效应管 ❖ （1）MOS管结构 ❖ NMOS、PMOS和CMOS ❖ MOS管是左右对称的，漏和源可以互换，只
是外加电压不同。
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3.1半导体基础知识
❖ 漏区和源区称为有源区，是由掺杂形成的。 ❖ 栅：铝栅和硅栅（性能更好） ❖ MOS晶体管尺寸定义：宽和长 ❖ （2）MOS管工作原理 ❖ 反型层、沟道、饱和。 ❖ 饱和之后，沟道形成楔型，电流不再增加。
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1 制造工艺简介
❖ （e）光刻工艺处理后的晶片（金属化工艺） ❖ （f）完整工艺处理后的晶片（光刻工艺）
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1 制造工艺简介
❖ 工艺总结一：集成电路的制造是平面工艺， 需要多层加工
❖ 工艺总结二：芯片是由底层P-Sub到最上层 的不同图形层次叠加而成。
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2 材料的作用
❖ 表2.1 集成电路中所需要的材料 ❖ 导体：低值电阻，电容极板，器件边线，接
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6 常用工艺之三：刻蚀
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6 常用工艺之三：刻蚀
❖ 各向异性腐蚀 （湿法刻蚀） ❖ 各向同性腐蚀：例如在铝线的刻蚀过程中，
加入含碳的气体，以形成侧壁钝化，这样可 以获得各向异性刻蚀效果
（漏端电压增加，但沟道的电阻率也在增加）
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3.1半导体基础知识
❖ （3）MOS管应用 ❖ 栅压越大，电子够到越厚，沟道电阻率越低，
电流越大。因此MOS晶体管是电压控制电流 的器件。 ❖ 数字电路：开关作用，栅压为VDD或GND ❖ 模拟电路：栅压介于VDD和GND之间，调整 电流大小，进行信号放大作用。
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5 常用工艺之二：光刻
❖ 目的：按照集成电路的设计要求，在SiO2或 金属层上面刻蚀出与光刻掩膜版完全相对应 的集合图形，以实现选择性扩散或金属布线 的目的。
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5 常用工艺之二：光刻
❖ 主要步骤 ❖ （1）在晶圆上涂一层光刻胶，并将掩膜版
放在其上。 ❖ （2）曝光。正胶感光部分易溶解，负胶则
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3.1半导体基础知识
❖ 1、半导体能带 ❖ 禁带带隙介于导体和绝缘体之间 ❖ 2、半导体载流子 ❖ 空穴和电子
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3.1半导体基础知识
❖ 3、半导体分类 ❖ N型半导体和P型半导体 ❖ 掺杂半导体的特点： （1）导电性受掺杂浓度影响。被替代的硅原子
数越多，材料的电阻率越低，越容易导电。 （2）多子的浓度取决于杂质浓度，少子的浓度
取决于温度。
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3.1半导体基础知识
❖ 关于扩散电阻： ❖ 集成电路中经常见到的扩散电阻其实就是利
用掺杂的方法改变材料的电阻率得到的。但 是当掺杂的杂质浓度增高时，电阻率会随着 浓度增高快速降低吗？ ❖ （与温度有关：杂质需要完全电离；掺杂半 导体中载流子的迁移率会随杂质浓度增加而 显著下降）
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3.1半导体基础知识
相反。 ❖ （3）显影、刻蚀。 ❖ （4）去除光刻胶
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尘埃粒子影响：洁净室
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接触式和接近式曝光
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掩膜
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光刻胶
30
图形转移
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图形转移
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5 常用工艺之二：光刻
❖ 集成电路中每一层的制备都需要涂一层光刻 胶，都需要一层掩膜版，也需要曝光、显影 以及刻蚀。
❖ 一个芯片制造可能需要20或30个这样的材料 层。