[精选]IC工艺技术1-引言和硅衬底.pptx

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1、集成电路工艺技术系列讲座集成电路工艺技术讲座第一讲集成电路工艺技术引言和硅衬底材料引言 集成电路工艺技术开展趋势 器件等比例缩小原理 平面工艺 单项工艺 工艺整合 集成电路制造环境 讲座安排集成电路技术开展趋势 特征线宽不断变细、集成度不断提高摩尔定律：芯片上晶体管每一年半翻一番 芯片和硅片面积不断增大 数字电路速度不断提高 结构复杂化、功能多元化 芯片价格不断降低IC技术开展趋势1特征线宽随年代缩小IC技术开展趋势1特征线宽随年代缩小1988 1992 1995 1997 1999 2001 2002 2005CDum1.0 0.5 0.35 0.25 0.18 0.15 0.13 0.10

2、IC技术开展趋势1集成度不断提高摩尔定律IC技术开展趋势2硅片大直径化直径 mminch753100412551506200830012引入年代1972 1975 1977 1984 1990 1997IC技术开展趋势3CPU运算能力年代CPU型号 运算能力MIPS1982 286 11988 386 81991 486 201995 Pentium 1001996 Pentium-2 2501998 Pentium-3 8002001 Pentium-4 2000IC技术开展趋势4结构复杂化功能多元化BipolarCMOSBiCMOSDMOSBCDIC技术开展趋势5芯片价格不断降低MOSFE

3、T等比例缩小 基本长沟道MOSFET器件特性 短沟道效应*开启电压Vth下降*漏极导致势垒下降*源漏穿通*亚开启电流增加基本长沟道MOSFET器件VDPn+n+Qny=-Vg-Vy-2 Co+2qNa2+VydV=IDdR=IDdy/Z QnyID=Z/L CoVG-2-VD/2 VD-2/3 2qNa/Co VD+22/3-2 2/3 QnVG短沟道效应 开启电压降低 输出饱和特性差LVtVdsIds短沟道效应 亚开启电流增加VgIdVd=4V1V0.1VMOSFET等比例缩小示意MOSFET等比例缩小规则参数 变量 缩小因子几何尺寸W,L,tox,xj1/电压VDS,VGS1/k掺杂浓度N

4、A,ND2/k电场E/k电流IDS/k2门延迟T k/2恒电场和恒电压缩小参数 变量 恒电场 恒电压几何尺寸W,L,tox,xj1/1/电压VDS,VGS1/1掺杂浓度NA,ND 2电场E 1 电流IDS1/门延迟T 1/1/2双极型晶体管的等比例缩小 发射极条宽 k 基区掺杂浓度 k1.6 集电区掺杂浓度 k2 基区宽度 k0.8 集电区电流密度 k2 门电路延迟时间 k平面工艺图形转移技术氧化硅光刻胶硅衬底掩膜平面工艺制造二极管平面工艺制造二极管集成电路单项工艺扩散 离子注入 光刻 刻蚀 图形转移工艺 掺杂工艺 外延薄膜工艺CVD溅射蒸发工艺整合 双极集成电路*数字双极集成电路高速*模拟双

5、极集成电路精度含电容，pnp CMOS集成电路*数字逻辑，存储器CMOS*数字模拟混合CMOS BiCMOS集成电路 高压功率MOS BCD集成电路双极集成电路工艺 埋层光刻P 111 Sub10-20-cm双极集成电路工艺 埋层扩散P 衬底N+埋层双极集成电路工艺 外延P SubN-EpiN+埋层双极集成电路工艺 隔离光刻P SubN-EpiN+双极集成电路工艺 隔离扩散N-EpiN+P+P+双极集成电路工艺 基区扩散N埋层P+P+基区双极集成电路工艺 发射区扩散N+P+P+pN+N+双极集成电路工艺 接触孔光刻N+P+P+pN+N+双极集成电路工艺 金属连线N+P+P+pN+N+集成电路制

6、造环境 超净厂房 无尘、恒温、恒湿 超净水 超净气体 常用气体N2、O2、H2纯度99.9999%颗粒控制严0.5/L 超净化学药品 纯度、颗粒控制IC 制造环境1净化级别和颗粒数净化级别颗粒数立方英尺0.12um 0.2um 0.3um 0.5um0.28 9.91 2.14 0.87 0.281 35 7.5 3 110 350 75 30 10100-750 300 1001000-1000净化室IC制造环境2 超纯水 极高的电阻率导电离子很少18M 无机颗粒数5ppb SiO2 总有机碳TOC 20ppb 细菌数 0.1/mlIC制造环境3超纯化学药品DRAM 64k 256K 4M

7、64M 1G线宽um3.0 2.0 1.0 0.5 0.25试剂纯度10ppm 5ppm100ppb80ppb 10ppb杂质颗粒0.5u 0.2u 0.1u 0.05u 0.025u颗粒含量个ml1000 100 15 2.5 1金属杂质1ppm 100ppb 50ppb讲座安排 引言和硅衬底 光刻 湿法腐蚀和干法刻蚀 扩散和热氧化 离子注入 外延 CVD 金属化 双极集成电路工艺技术 CMOS集成电路工艺技术硅衬底材料硅衬底材料 CZ直拉法生长单晶 硅片准备切割研磨抛光 晶体缺陷 抛光片主要技术指标从原料到抛光片原料SIO2多晶硅单晶抛光片蒸馏与复原晶体生长切割研磨抛光起始材料 SiC+S

8、iO2 Si固+SiO气+CO气 形成 冶金级硅MGS98%300C Si+3HCl SiHCl3气+H2 将SiHCl3室温下为液体，沸点32C分馏提纯 SiHCl3H2 Si+3HCl 产生电子级硅EGS纯度十亿分之一，它是多晶硅材料 CZ直拉法生长单晶石墨基座晶体RF线圈熔融硅石英坩埚籽晶分凝系数 平衡分凝系数k=Cs/Cl 硼 0.8 磷 0.35 砷 0.3 锑 0.023LiquidSolidCsCl掺杂物质的分布 Cs=k0C01-M/M0k0-1K=10.10.01Cs/C0凝固分数 M/M010-11.010-2有效分凝系数 ke=Cs/Cl Cl为远离界面处液体的杂质浓度

9、ko/ko+1-koexp-v/D v 拉伸速度 粘滞层厚度 D 融体中掺杂剂扩散系数 提高v，减少转速增加 或 不断参加高纯度多晶硅 可使 ke 接近 1硅片准备 滚圆和做基准面 切片线切割，倒角防止产生缺陷 腐蚀 去除沾污和损伤层HNO3+HF+醋酸 磨片和化学机械抛光NaOHSiO2，去除外表缺陷 清洗去除残留沾污 NH3OHH2O2，HClH2O2,H2SO4H2O2硅片的定位面111 n111 p100 n100 p硅片的定位面定位槽 100mm 硅片主定位面，副定位面 150mm 硅片主定位面 200mm 以上硅片定位槽 石晶体结构晶体缺陷 点缺陷 空位，间隙原子，替位杂质 线缺陷

10、 位错 面缺陷 层错 体缺陷 沉淀，夹杂点缺陷位错 刃型位错位错 螺旋位错滑移线滑移线腐蚀坑层错CBACBACBABACABACBAOISFESF Epi Stacking Faults111ESFEpi Stacking Faults100氧沉淀 氧在硅中固溶度10191018101710161015氧固溶度 cm-36 7 8 9 10 104/TK-1Arrhenius关系Cox=2x1021exp-1.032/kTBMD Bulk Micro Defects缺陷的两重性 缺陷往往是复合中心，是PN结漏电和低击穿的原因，特别是缺陷和重金属的交互作用会加深这种作用降低寿命所以不希望在有源区

11、有缺陷。在非有源区，缺陷能吸引杂质聚集，即有吸杂作用，是有好处的。吸杂 Gettering 吸杂晶体中的杂质和缺陷扩散并被俘获在吸杂中心 非本征吸杂：在远离有源区如反面引入应变或损伤区 本征吸杂：利用硅片体内氧沉淀，点缺陷和剩余杂质如重金属被俘获和限制在沉淀处，从而降低有源区的浓度。DZ Denuded Zone抛光片主要技术指标晶体参数-晶向111/100电学参数-掺杂类型掺杂剂 P/N-电阻率机械参数直径厚度 150mm/67515um-平整度/弯曲度翘曲度抛光片主要技术指标结构参数含氧量含碳量 28 3ppma 含碳量 0.5ppma 位错密度 10/cm2层错密度 0.3um 15pc

12、s/wafer重金属杂质 寿命 9、静夜四无邻，荒居旧业贫。6月-236月-23Thursday,June 1,2023 10、雨中黄叶树，灯下白头人。04:44:2204:44:2204:446/1/2023 4:44:22 AM 11、以我独沈久，愧君相见频。6月-2304:44:2204:44Jun-2301-Jun-23 12、故人江海别，几度隔山川。04:44:2204:44:2204:44Thursday,June 1,2023 13、乍见翻疑梦，相悲各问年。6月-236月-2304:44:2204:44:22June 1,2023 14、他乡生白发，旧国见青山。01 六月 202

13、34:44:22 上午04:44:226月-23 15、比不了得就不比，得不到的就不要。六月 234:44 上午6月-2304:44June 1,2023 16、行动出成果，工作出财富。2023/6/1 4:44:2204:44:2201 June 2023 17、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。4:44:22 上午4:44 上午04:44:226月-23 9、没有失败，只有暂时停止成功！。6月-236月-23Thursday,June 1,2023 10、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。04:44:2204:44:2204:446/1/

14、2023 4:44:22 AM 11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。6月-2304:44:2204:44Jun-2301-Jun-23 12、世间成事，不求其绝对圆满，留一份缺乏，可得无限完美。04:44:2204:44:2204:44Thursday,June 1,2023 13、不知香积寺，数里入云峰。6月-236月-2304:44:2204:44:22June 1,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。01 六月 20234:44:22 上午04:44:226月-23 15、楚塞三湘接，荆门九派通。六月 234:44 上午6月-2304:44June

15、1,2023 16、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/6/1 4:44:2204:44:2201 June 2023 17、空山新雨后，天气晚来秋。4:44:22 上午4:44 上午04:44:226月-23 9、杨柳散和风，青山澹吾虑。6月-236月-23Thursday,June 1,2023 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。04:44:2204:44:2204:446/1/2023 4:44:22 AM 11、越是没有本领的就越加自命非凡。6月-2304:44:2204:44Jun-2301-Jun-23 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。04:44:2204

16、:44:2204:44Thursday,June 1,2023 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。6月-236月-2304:44:2204:44:22June 1,2023 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。01 六月 20234:44:22 上午04:44:226月-23 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。六月 234:44 上午6月-2304:44June 1,2023 16、业余生活要有意义，不要越轨。2023/6/1 4:44:2204:44:2201 June 2023 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。4:44:22 上午4:44 上午04:44:226月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感 谢 您 的 下 载 观 看专家告诉