微电子器件工艺实例共93页文档
微电子工艺
主要工艺流程图
衬底准备
P型单晶片
P+/P外延片
氧化、光刻N-阱(nwell)
P-Sub
N-阱注入，N-阱推进,退火，清洁表面
N阱
P-Sub
长薄氧、长氮化硅、光刻场区(active反版)
N阱
P-Sub
场区氧化（LOCOS）, 清洁表面
(场区氧化前可做N管场区注入和P管场区注入）
Nplus
金属2 钝化
常用设备图
P-Sub
栅氧化,淀积多晶硅，多晶硅N+掺杂，反刻多晶
（polysilicon—poly)
P-Sub
P+ active注入（Pplus）（ 硅栅自对准）
（polysilicon—poly)
P-Sub
N+ active注入（Nplus —Pplus反版）
（ 硅栅自对准）
P-Sub
淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流
2、电容
CMOS工艺中PMOS晶体管电容剖面图
CMOS工艺中N阱电容剖面图
多晶硅-多晶硅电容器剖面图
3、二极管
PSD/N阱齐纳二极管剖面图
PSD保护环肖特基二极管剖面图
3、MOS晶体管
N阱CMOS工艺中MOS晶体管剖面图
P阱CMOS工艺中MOS晶体管剖面图
双阱CMOS工艺中MOS晶体管剖面图
衬底准备
P型单晶片
P+/N-外延片
工艺流程
衬底准备（P型） 氧化 n+埋层区注入 光刻n+埋层区
清洁表面
P-Sub
生长n-外延 p+隔离注入
隔离氧化
光刻p+隔离区
集成电路制造工艺微电子.pptx
• 生长n型外延层
• 利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层 • 将硅片放入外延炉中进行外延，外延层的厚度和掺
杂浓度一般由器件的用途决定
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• 形成横向氧化物隔离区 • 热生长一层薄氧化层，厚度约50nm • 淀积一层氮化硅，厚度约100nm • 光刻2#版(场区隔离版
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• 金属化 • 淀积金属，一般是铝或Al-Si、Pt-Si合金等 • 光刻6#版(连线版)，形成金属互连线
• 合金：使Al与接触孔中的硅形成良好的欧姆接触，一般是在450℃、N2-H2气 氛下处理20～30分钟
• 形成钝化层 • 在低温条件下(小于300℃)淀积氮化硅 • 光刻7#版(钝化版) • 刻蚀氮化硅，形成钝化图形
• 形成横向氧化物隔离区 • 利用反应离子刻蚀技术将光刻窗口中的氮化硅层-氧化层以及一半的外延 硅层刻蚀掉 • 进行硼离子注入
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• 形成横向氧化物隔离区 • 去掉光刻胶，把硅片放入氧化炉氧化，形成厚的场氧化层隔离区 • 去掉氮化硅层
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• 形成基区 • 光刻3#版(基区版)，利用光刻胶将收集区遮挡住，暴露出基区 • 基区离子注入硼
•辅助工序
•超净厂房技术 •超纯水、高纯气体制备技术 •光刻掩膜版制备技术 •材料准备技术
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作业
•设计制备NMOSFET的 工艺，并画出流程图
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感谢您的观看。
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成电路 制造工
艺
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双极集成电路工艺
微电子工艺
微电子工艺引论ﻫ硅片、芯片的概念硅片:制造电子器件的基本半导体材料硅的圆形单晶薄片ﻫ芯片:由硅片生产的半导体产品*什么是微电子工艺技术?微电子工艺技术主要包括哪些技术？微电子工艺技术:在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术主要包括:超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术等集成电路制造涉及的五个大的制造阶段的内容硅片制备：将硅从沙中提炼并纯化、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭、将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片ﻫ芯片制造:硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，一整套集成电路永久刻蚀在硅片上ﻫ芯片测试／拣选:对单个芯片进行探测和电学测试,挑选出可接受和不可接受的芯片、为有缺陷的芯片做标记、通过测试的芯片将继续进行以后的步骤装配与封装:对硅片背面进行研磨以减少衬底的厚度、将一片厚的塑料膜贴在硅片背面、在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将硅片上的芯片分开、在装配厂,好的芯片被压焊或抽空形成装配包、将芯片密封在塑料或陶瓷壳内ﻫ终测：为确保芯片的功能,对每一个被封装的集成电路进行电学和环境特性参数的测试IC工艺前工序、IC工艺后工序、以及IC工艺辅助工序IC工艺前工序：(1)薄膜制备技术:主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发) 等（2)掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术ﻫ(３)图形转换技术:主要包括光刻、刻蚀等技术ﻫIＣ工艺后工序:划片、封装、测试、老化、筛选IC工艺辅助工序:超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术ﻫ光刻掩膜版制备技术材料准备技术ﻫ微芯片技术发展的主要趋势ﻫ提高芯片性能（速度、功耗)、提高芯片可靠性(低失效)、降低芯片成本(减小特征尺寸,增加硅片面积，制造规模)什么是关键尺寸(CＤ）?芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，特别是硅片上的最小特征尺寸，也称为关键尺寸或CD半导体材料ﻫ本征半导体和非本征半导体的区别是什么？本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体,其纯度在99.９99９９9%(８~10个９)ﻫ为何硅被选为最主要的半导体材料？ﻫa）硅的丰裕度——制造成本低b) 熔点高(１412 OＣ)——更宽的工艺限度和工作温度范围c) ＳiO2的天然生成GaAs相对Si的优点和缺点是什么？ﻫ优点:a) 比硅更高的电子迁移率，高频微波信号响应好——无线和高速数字通信b) 抗辐射能力强——军事和空间应用ﻫｃ) 电阻率大——器件隔离容易实现主要缺点：ａ) 没有稳定的起钝化保护作用的自然氧化层ﻫb) 晶体缺陷比硅高几个数量级ﻫc) 成本高圆片的制备ﻫ两种基本的单晶硅生长方法。
微电子器件及工艺课程设计工艺部分
双极晶体管结构及版图示意图
自对准双多晶硅双极型结构
课程设计要求
制造目标：发射区、基区、收集区的掺杂浓度； 发射结及收集结的结深；基区宽度；收集结及 发射结的面积
总体制造方案：清洗→氧化→光刻（光刻基区）→硼预扩散→ 硼再扩散（基区扩散） → 去氧化膜→ 氧化工艺→光刻（光刻 发射区）→磷预扩散→磷再扩散（发射区扩散） → 去氧化膜 → 沉积保护层→光刻（光刻接触孔）→金属化→光刻（光刻接 触电极）→参数检测
t3>t2>t1
中，硅片表面达到了该扩散温度的固溶 C(x,t) 度Cs。
t1
• 解扩散方程：
Cs
C 2C
t2
t D x2
t3
• 初始条件为：C(x，0)=0，x>0
• 边界条件为：C(0，t)=Cs
CB
C(∞，t)= 0
恒定表面源扩散杂质分布情况
x
0
xj1 xj2 xj3
Cx,tCserfc
x 2
有限表面源扩散
• 指杂质源在扩散前积累于硅片表
面薄层δ内， Q为单位面积杂质
总量，解扩散方程：
边界条件:C(x,0)=Q/δ , 0<x<δ
Cx,0dx Q
0
C(∞,t)=0 初始条件：C(x,0)=0, x>0
C(x,t) Cs Cs’ Cs”
t3>t2>t1 t1
t2 t3
有限表面源扩散杂质分布情况
二氧化硅薄膜的掩蔽效果与厚度及其膜层质量、杂质在SiO2中的扩散系数有 关，还与SiO2和硅衬底中的杂质浓度、杂质在衬底中的扩散系数以及杂质在 衬底与SiO2界面的分凝系数等因素有关。
○ 考虑到生产实际情况，基区氧化层厚度约为6000埃（氧化温度1100℃左右），发射区氧化层 厚度约为7000埃，采用干氧－湿氧－干氧工艺。
微电子工艺
微电子工艺引论硅片、芯片的概念硅片：制造电子器件的基本半导体材料硅的圆形单晶薄片芯片：由硅片生产的半导体产品*什么是微电子工艺技术？微电子工艺技术主要包括哪些技术？微电子工艺技术：在半导体材料芯片上采用微米级加工工艺制造微小型化电子元器件和微型化电路技术主要包括：超精细加工技术、薄膜生长和控制技术、高密度组装技术、过程检测和过程控制技术等集成电路制造涉及的五个大的制造阶段的内容硅片制备：将硅从沙中提炼并纯化、经过特殊工艺产生适当直径的硅锭、将硅锭切割成用于制造芯片的薄硅片芯片制造：硅片经过各种清洗、成膜、光刻、刻蚀和掺杂步骤，一整套集成电路永久刻蚀在硅片上芯片测试/拣选：对单个芯片进行探测和电学测试，挑选出可接受和不可接受的芯片、为有缺陷的芯片做标记、通过测试的芯片将继续进行以后的步骤装配与封装：对硅片背面进行研磨以减少衬底的厚度、将一片厚的塑料膜贴在硅片背面、在正面沿着划片线用带金刚石尖的锯刃将硅片上的芯片分开、在装配厂，好的芯片被压焊或抽空形成装配包、将芯片密封在塑料或陶瓷壳内终测：为确保芯片的功能，对每一个被封装的集成电路进行电学和环境特性参数的测试IC工艺前工序、IC工艺后工序、以及IC工艺辅助工序IC工艺前工序：（1）薄膜制备技术：主要包括外延、氧化、化学气相淀积、物理气相淀积(如溅射、蒸发) 等（2）掺杂技术：主要包括扩散和离子注入等技术（3）图形转换技术：主要包括光刻、刻蚀等技术IC工艺后工序：划片、封装、测试、老化、筛选IC工艺辅助工序：超净厂房技术超纯水、高纯气体制备技术光刻掩膜版制备技术材料准备技术微芯片技术发展的主要趋势提高芯片性能（速度、功耗）、提高芯片可靠性（低失效）、降低芯片成本（减小特征尺寸，增加硅片面积，制造规模）什么是关键尺寸（CD）？芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，特别是硅片上的最小特征尺寸，也称为关键尺寸或CD半导体材料本征半导体和非本征半导体的区别是什么？本征半导体：不含任何杂质的纯净半导体，其纯度在99.999999%（8~10个9）为何硅被选为最主要的半导体材料？a) 硅的丰裕度——制造成本低b) 熔点高(1412 OC)——更宽的工艺限度和工作温度范围c) SiO2的天然生成GaAs相对Si的优点和缺点是什么？优点：a) 比硅更高的电子迁移率，高频微波信号响应好——无线和高速数字通信b) 抗辐射能力强——军事和空间应用c) 电阻率大——器件隔离容易实现主要缺点：a) 没有稳定的起钝化保护作用的自然氧化层b) 晶体缺陷比硅高几个数量级c) 成本高圆片的制备两种基本的单晶硅生长方法。
微电子工艺作业指导书样板
微电子制造工艺文件项目名称：三极管(NPN型)制造工艺文件项目编号：团队负责人：谢威团队成员：金腾飞、崔仕杰、朱二梦刘铭冬、姚启、周涛指导教师：陈邦琼文件页数：55 页201 6 年9 月23 日工艺文件目录引言电子工业在过去40年间迅速增长，这一增长一直为微电子学革命所驱动。
从20世纪40年代晶体管发明开始，半导体器件工艺技术的发展经历了三个主要阶段：1950第一次生产出了实用化的合金结三极管；1955年扩散技术的采用是半导体器件制造技术的重大发展，为制造高频器件开辟了新途径；1960年由扩散、氧化、光刻组成的平面工艺的出现是半导体器件制造技术的重大变革，大幅度地提高了器件的频率、功率特性，极大地改善了器件的稳定性和可靠性。
在这期间每项变革对人们的生产、生活方式产生了重大的影响。
也正是由于微电子技术领域的不断创新，才能使微电子能够以每三年集成度翻两番、特征尺寸缩小倍的速度持续发展几十年。
在过去的几十年里，双极型晶体管做为微电子产业的基石有着无以伦比的作用。
虽然近年来，随着金属-氧化物-半导体都场效应晶体管（MOSFET）技太迅速发展，双极型晶体管的突出地位受到了严重挑战。
但它在模拟电路领域仍然有着广泛的应用，发挥着不可取代的作用。
在这样的大环境下，了解晶体管的功能、工艺流程及工艺参数是十分必要的，这就是本实验的目的。
二、NPN 三极管设计1.1、晶体管结构示意图n+npE B1.2、三极管的分类三、制造工艺流程衬底制备衬底采用轻掺杂的P型硅，掺杂浓度一般在1015/cm3数量级，采用的硅晶片晶面的晶向指数为（100）。
掺杂浓度较低可以减少集电极的结电容，提高集电结的击穿电压，但掺杂浓度过低会使埋层推进过多1.埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生PNP管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作N+埋层。
首先在衬底上生长一层二氧化硅，并进行一次光刻，刻蚀出埋层区域，然后注入N型杂质（如磷、砷等），再退火（激活）杂质。
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。
如今，渝德科技被中航集团收购，更名为中航微电子。我市已有西南集 成电路、中航微电子、奥特斯集成电路基板、台晶（重庆）电子、重庆石墨 烯科技公司、SK海力士、中电24所、四联微电子等集成电路生产和研发机构， 形成了设计-制造-封装的完备产业链，重庆大学和重庆邮电大学成立了半导 体学院培养集成电路人才。
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20
1958年：仙童公司Robert Noyce与德仪公司基尔比间隔 数月分别发明了集成电路，开创了世界微电子学的历史；
1960年：H H Loor和E Castellani发明了光刻工艺；1962年：美国RCA 公司研制出MOS场效应晶体管。
1963年：F.M.Wanlass和C.T.Sah首次提出CMOS技术，今天， 95%以上的集成电路芯片都是基于CMOS工艺
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel公司推出，这是一个里程碑 式的发明； 1978年：64kb动态随机存储器诞生，不足0.5平方厘米的硅片上集成了 14万个晶体管，标志着超大规模集成电路（VLSI）时代的来临；
1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之后，IBM基 于8088推出全球第一台PC
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115
本课程内容结构？
集成电路制造技术—原理与工艺
硅材料
集成电路工艺
集成和封装测试
第1单元
1 单晶硅结 构
2 硅锭及圆 片制备
微电子工艺流程(PDF 44页)
5、去除氮化硅
• 将晶圆表面的氮化硅，利用干法刻蚀的方法 将其去除掉。
华中科技大学电子科学与技术系
6、P阱离子注入
• 利用离子注入的技术，将硼打入晶圆 中，形成P型阱。接着利用无机溶液， 如硫酸或干式臭氧（O3）烧除法将光刻 胶去除。
华中科技大学电子科学与技术系
7、P阱退火及氧化层的形成
3、淀积氮化硅
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD）的技术， 沉积一层氮化硅，用来做为离子注入的mask 及后续工艺中，定义P型井的区域。
华中科技大学电子科学与技术系
4、P阱的形成
•将光刻胶涂在晶圆上之后，利用光刻技术， 将所要形成的P型阱区的图形定义出来，即将 所要定义的P型阱区的光刻胶去除掉。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
华中科技大学电子科学与技术系
1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
华中科技大学电子科学与技术系
18、利用氢氟酸去除电极区域的氧化层 • 除去氮化硅后，将晶圆放入氢氟酸化学
槽中，去除电极区域的氧化层，以便能 在电极区域重新成长品质更好的二氧化 硅薄膜，做为电极氧化层。
华中科技大学电子科学与技术系
19、电极氧化层的形成
• 此步骤为制做CMOS的关键工艺，利用 热氧化法在晶圆上形成高品质的二氧化 硅，做为电极氧化层。
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功Βιβλιοθήκη 方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特