微电子工艺制程

微电子工艺概论

做layout，对工艺的了解至关重要，以下是本人在拜读前辈门的心血后，自己总结的内容，由于不知怎么的不能插图片，所以略有遗憾，还请个位高手指教！我将分几篇文章将其叙述完毕。

1扩散工艺

A扩散是掺杂的一种工艺

B半导体中常用的杂质有：受主杂质（P型）：硼施主杂质（N型）：磷，砷，锑

C 扩散三步曲

（1）预淀积扩散：在扩散过程中，硅片表面杂质浓始终不变，又称恒表面源扩散。

（2）推进扩散：除表面以外的任何地方的初始杂质浓度均为0。

（3）激活：激活杂质原子，改变了硅的导电率。

D 杂质扩散种类

替代扩散和间隙扩散，现今流行的是替位扩散

2 离子注入工艺

A 离子注入工艺是掺杂工艺中最重要的一项，各方面都明显优于扩散。

B 离子在注入时有2种能量损失的类型

（1）电子碰撞（与核外电子作用）：离子质量比电子质量大很多，每次碰撞后离子能量损失小，产生小角度散射。

（2）原子碰撞（同核碰撞）：由于两者质量相当，能量损失大，产生大角度的散射。

C 沟道效应

离子注入时，离子即未与电子也未与原子核发生碰撞而是穿过了晶格间隙使得该离子比那些发生碰撞的原子穿透得更深。他的控制方法主要有以下几种：

（1）倾斜硅片，偏离垂直方向7度已大于临界角注入。

（2）屏蔽氧化层

（3）硅预非晶化，预先注入点不活泼粒子si+

（4）用质量较大的原子

D 退火

（1）分类：高温炉退火；快速热退火（RTA）

（2）退火作用：修复硅晶格结构并激活杂质——硅键。

（3）退火时间越长，温度越高，杂质的激活就越充分。

3 热氧化工艺

一始，先讲一下SiO2的问题，这有助于理解以后的内容

A SiO2薄膜结构：其基本单元是一个由Si——O原子组成的正四面体（图插不进，就略了）

B SiO2的化学性质：它不溶于水和酸，但溶于HF

C SiO2的作用：

（1）作为杂质选择扩散的掩蔽膜

（2）作为器件表面的保护和钝化膜

首先，可以避免硅表面被镊子划伤以及蒸发，烧结，封装中可能

带来的杂质玷污，起了保护硅的作用。

其次，它可以使硅片表面，p-n结与外界气氛隔离开来，从而减

弱了环境气氛对硅片表面性质的影响。

（3）作为集成电路的隔离介质和绝缘介质

（4）作为电容器，栅氧或储存器单元结构中的介质材料

（5）作为MOS场效应管的绝缘栅材料。

现在，再来讲氧化物生长

D 热氧化方法

（1）干氧法：用氧作为氧化剂

（2）湿氧法：用氧和水的混合剂作为氧化剂

E 影响氧化物生长的因素（速率影响）

（1）掺杂效应：重掺杂的硅要比轻掺杂的氧化速度快

（2）晶向：（111）面的硅原子密度比（100）面大，因此，在线性阶段（111）硅单晶的氧化速率比（100）稍快，但电荷堆积要多（3）压力：生长速率将随电压增大而增大。

最后，我们来看一下热氧化工艺中最重要的一个问题，局部腰花

F 用淀积氮化物（Si3N4）作为氧化阻挡层，因此这不能被氧化，所以刻蚀后的区域可用来选择性氧化（局部氧化）

G 鸟嘴效应

在局部氧化时，氧化剂穿过SiO2层横向扩散，在Si3N4掩膜层的边缘附近形成“鸟嘴”区域。

（1）若Si3N4加厚，则“鸟嘴”就见效，缺陷就要增加。

（2）若SiO2膜加厚，则可减小缺陷，但“鸟嘴”就增大。

（3）较高的氧化温度可以获得较小的“鸟嘴”

（4）采用（111）晶向的P沟工艺比采用（100）晶向的N沟工艺有更短的“鸟嘴”

（5）为了减小氧化物掩膜和硅之间的应力，在他们之间热生长一层薄氧化层，称之为垫氧。

4 光刻工艺

A 光刻的基本步骤

（1）脱水烘

（2）打底膜

（3）涂胶

（4）前烘（软烘）

（5）显影

（6）后烘（坚膜）

（7）腐蚀

（8）去胶

B 光刻胶类型

（1）正胶：不溶于显影药水，曝光后溶于显影药水。

（2）负胶：溶于显影药水，曝光后不溶于显影药水。

C 曝光方式（光学曝光）

光源均采用紫外线

（1）接触式曝光

（2）接近式曝光

（3）投影式曝光

5 刻蚀工艺

通常在光刻工艺中结合使用此项工艺，当光刻胶溶解于药水后将SiO2露在外面然后进行刻蚀，而光刻胶便起到了保护的作用。

一工艺分类

1 干法刻蚀

1）将硅片暴露在气态中产生的等离子体，等离子体与硅片发生物理或化学反应，从而去掉暴露在表面的材料。

2）优点：横向腐蚀小，无化学废液，分辨率高，湿线条。

缺点：成本高，设备复杂

2 湿法刻蚀

1）用液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。

2）用时短，成本低，操作简单

3 以上2种方法经常结合使用

6 化学气相淀积工艺

淀积工艺其实就薄膜淀积的过程，常用的材料有SiO2和Si3N4，金属和金属化合物薄膜。

一薄膜生长的3个过程

1 晶体形成

2 聚集成束，也称岛生长

3 形成连续的膜

二CVD化学过程

化学气相淀积是通过气体混合的化学反应在硅片淀积一层固体膜的工艺，主要过程是：1高温分解 2 光分解 3 还原反应 4 氧化反应 5 氧化还原反应。

三CVD分类

1 APCVD 常压CVD

2 LPCVD 低压CVD

3 PECVD 等离子体增强CVD

4 HDCVD 高密度等离子CVD

四不同物质薄膜作用

1 SiO2：在VLSI多层金属中，可以做ILD，浅槽隔离的填充无和侧墙等

2 Si3N4：被用作硅片最终的钝化保护层

以上2个不能阻碍注入，但可以使其注入较浅，形成active

3 多 3 多晶硅：在MOS器件中，掺杂的多晶硅作为栅电极，也能阻碍注入，

也就是所谓的自对准工艺。

4 氧化硅：成为光刻掩膜中有用的抗反射层。