半导体制造工艺基础精讲 书
半导体制造工艺过程培训课件.pptx
光刻与刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体将不要的材料去除（亚微 米尺寸下刻蚀器件的最主要方法）。
• 干法刻蚀种类很多，如光挥发、气相腐蚀、等离子 体腐蚀等。
• 其优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活 性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化， 无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。
• 缺点是：成本高，设备复杂。干法刻蚀主要形式有 纯化学过程（如屏蔽式，下游式，桶式），纯物理 过程（如离子铣），物理化学过程，常用的有反应 离子刻蚀RIE，离子束辅助自由基刻蚀ICP。
薄膜沉积
• 化学气象沉积指利用化学反应的方式在反应室内将 反应物（通常为气体)生成固态的生成物，并沉积 在硅片表面的一种薄膜沉积技术。
• 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性 • APCVD = Atmospheric Pressure CVD，常压CVD • LPCVD = Low Pressure CVD，低压CVD • PECVD = Plasma Enhanced CVD，等离子体CVD • HDPCVD = High-Density CVD，高密度CVD
晶体生长与圆晶制造晶体生长与圆晶制造 Nhomakorabea 热氧化
• SiO2的基本特性
• 杂质阻挡特性好 • 硅和SiO2的腐蚀选择特性好
热氧化
• 反应方程：
• Si(固体)+O2(气体)SiO2 • Si(固体)+2H2O (气体)SiO2 +H2(气体)
热氧化
• 硅热氧化工艺，可分为：干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化。 干氧氧化是以干燥纯净的氧气作为氧化气氛，在高温下氧直 接与硅反应生成二氧化硅。水汽氧化是以高纯水蒸汽为氧化 气氛，由硅片表面的硅原子和水分子反应生成二氧化硅。水 汽氧化的氧化速率比干氧氧化的为大。而湿氧氧化实质上是 干氧氧化和水汽氧化的混合，氧化速率介于二者之间。
半导体制造工艺基础精讲(原书第4版)
半导体制造工艺基础精讲(原书第4版)半导体制造工艺是现代电子产业中的核心环节，涉及到从原材料到最终产品的一系列复杂流程。
本文将对《半导体制造工艺基础精讲（原书第4版）》进行介绍，旨在为读者提供一篇生动、全面、有指导意义的文章。
《半导体制造工艺基础精讲（原书第4版）》是一本经典教材，由半导体制造工艺领域的权威人士合著而成。
这本书首次出版于1998年，之后经过多次修订和更新，已经成为半导体制造领域的标准教材。
它被广泛应用于科研机构、高等院校等教学和科研活动中，深受读者的欢迎。
本书的内容涵盖了半导体制造工艺的方方面面，旨在帮助读者全面理解和掌握半导体制造的基本原理和技术。
作者通过清晰的语言、生动的案例和详细的图表，将复杂的概念和过程阐述得浅显易懂。
读者只需具备基本的电子学和物理学知识，便可轻松理解本书的内容。
本书首先介绍了半导体制造工艺的基本原理和流程。
它详细介绍了半导体材料的特性、晶体生长、衬底制备等关键步骤，为读者提供了一个全面了解半导体制造的基础知识框架。
在此基础上，本书进一步介绍了半导体工艺的各个环节，包括清洗、掩膜制备、光刻、腐蚀、离子注入、扩散、氧化等。
每个环节都以实际案例为基础，通过详细的步骤和参数说明，帮助读者理解和掌握相应的工艺技术。
此外，本书还对半导体工艺中的一些常见问题和挑战进行了介绍。
例如，光刻技术中的分辨率限制、腐蚀过程中的选择性和均匀性控制、离子注入中的能量和剂量控制等。
这些问题在实际生产中经常遇到，对于提高产品质量和产能至关重要。
通过对这些问题的深入讨论，读者可以学习到解决问题的方法和技巧，为实际工作提供指导。
总的来说，这本《半导体制造工艺基础精讲（原书第4版）》是一本内容生动、全面、有指导意义的教材。
无论是初学者还是专业人士，都可以从中获取到对半导体制造工艺的深入理解和实践经验。
它不仅是一本理论教材，更是一本实用手册，帮助读者解决实际工作中的问题。
相信通过阅读和学习，读者将能够在半导体制造领域取得更大的突破和发展。
第三章半导体制造工艺简介ppt课件
8 常用工艺之五：薄膜制备
❖ 四种薄膜：氧化膜；电介质膜；多晶硅膜； 金属膜
8 常用工艺之五：薄膜制备
❖ （1〕氧化 ❖ SiO2的作用 ❖ 屏蔽杂质、栅氧化层、介质隔离、器件保护和表面
钝化 ❖ SiO2的制备 ❖ 需要高纯度，目前最常用的方法是热氧化法。主要
分为干氧氧化、水汽氧化和湿氧氧化三种。 ❖ 氮化硅的制备 ❖ 主要用作：金属上下层的绝缘层、场氧的屏蔽层、
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
3.2 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
扩散和离子注入的对比
离子注入
注入损伤
❖ 注入损伤：带有能量的离子进入半导体衬底， 经过碰撞和损失能量，最后停留下来。
❖ 电子碰撞：电子激发或新的电子空穴对产生 ❖ 原子核碰撞：使原子碰撞，离开晶格，形成
损伤，也称晶格无序
晶格无序
退火
❖ 由于离子注入所造成的损伤区及无序团，使 迁移率和寿命等半导体参数受到严重影响。
❖ 每层版图都有相对应的掩膜版，并对应于不 同的工艺。
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。
度取决于温度。
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
半导体制造技术ppt课件
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3. 软烘（soft baking） • 因为光刻胶是一种粘稠体，所以涂胶结束后并不能直接进行曝光，必须经过烘焙，使光刻
胶中的溶剂蒸发。烘焙后的光刻胶仍然保持“软”状态。但和晶圆的粘结更加牢固。 • 目的:去除光刻胶中的溶剂。
蒸发溶剂的原因： 1）溶剂吸收光，干扰了曝光中聚合物的化学反应。 2）蒸发溶剂增强光刻胶和晶圆的粘附力。
• 典型的方法：自动检查，“检查工作站”
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气相成底膜处理 1、硅片清洗：硅片沾污影响粘附性—显影和刻蚀中的光刻胶飘移 2、脱水烘焙：200~250度 3、硅片成底膜：提高粘附力 成底膜技术：浸泡、喷雾和气相方法
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第一步:清洗 目的：清除掉晶圆在存储、装载和卸载到片匣过程中吸附到的一些颗粒状污染物。 方法：
参数
纵横比（分辨力） 黏结力 曝光速度 针孔数量 阶梯覆盖度 成本 显影液 光刻胶去除剂
氧化工步 金属工步
正胶
更好 更快
有机溶剂 酸 氯化溶剂化合物
负胶 更高
更少 更好 更高 水溶性溶剂
酸 普通酸溶剂
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光刻工艺8步骤
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1、气相成底膜
目的：增强光刻胶与硅片的粘附性 步骤：
正胶: 晶片上图形与掩膜相同 曝光部分发生降解反应，可溶解 曝光的部分去除
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负胶 Negative Optical resist
• 负胶的光学性能是从可溶解性到不溶解性。 • 负胶在曝光后发生交链作用形成网络结构，在
显影液中很少被溶解，而未被曝光的部分充分 溶解。
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正胶－Positive Optical Resist ❖ 正胶的光化学性质是从抗溶解到可溶性。 ❖ 正胶曝光后显影时感光的胶层溶解了。 ❖ 现有VLSI工艺都采用正胶
半导体制造工艺_10离子注入(下)
半导体制造工艺基础
第七章 离子注入 (下)
什么是注入损伤 晶格损伤：高能离子注入硅片后与靶原子发生一系列碰
撞，可能使靶原子发生位移，被位移原子还可能把能量依 次传给其它原子，结果产生一系列的空位－间隙原子对及 其它类型晶格无序的分布。这种因为离子注入所引起的简 单或复杂的缺陷统称为晶格损伤。
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(Si)SiSiI + SiV
精确控制掺杂，浅结、 浅掺杂，纯度高，低温， 多种掩模，… 非晶靶。能量损失为两个彼 此独立的过程(1) 核阻止与(2) 电子阻止之和。能量为E的入 射粒子在密度为N的靶内走 过x距离后损失的能量。
C * xm CB
半导体制造工艺基础
第七章 离子注入 (下)
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总阻止本领（Total stopping power）
第七章 离子注入 (下) 损伤退火 （Damage Annealing）
被注入离子往往处于半导体晶格的间隙位置，对 载流子的输运没有贡献；而且也造成大量损伤。 注入后的半导体材料： 杂质处于间隙 n<<ND；p<<NA 晶格损伤，迁移率下降；少子寿命下降 热退火后：n n=ND (p=NA)
半导体制造工艺基础
第七章 离子注入 (下)
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损伤的产生
• 移位原子：因碰撞而离开晶格位置的原子。 • 移位阈能Ed：使一个处于平衡位置的原子发生 移位，所需的最小能量. (对于硅原子, Ed15eV) • 注入离子通过碰撞把能量传给靶原子核及其电 子的过程，称为能量传递过程
半导体制造工艺基础
第七章 离子注入 (下)
半导体制造工艺基础
第七章 离子注入 (下) 离子注入损伤估计
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100KeV B离子注入损伤 初始核能量损失：30eV/nm, 硅晶面间距: 0.25nm, 每穿过一个晶面 能量损失: 30eV/nm X 0.25nm=7.5eV <Ed (15eV). 当能量降到50KeV, 穿过一个晶面能量损失为15eV, 该能量所对应的射程为: 150nm. 位 移原子数为: 150/0.25=600, 如果移位距离为: 2.5nm, 那么损伤体积: (2.5)2 X150=3X10-18cm3. 损伤密度: 2X1020 cm-3, 大约是原子密度 0.4%. 100KeV As离子注入损伤 平均核能量损失：1320eV/nm,损伤密度: 5X1021 cm-3, 大约是原子密 度10%, 该数值为达到晶格无序所需的临界剂量, 即非晶阈值.
半导体制造工艺课件(PPT 98页)
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
半导体制造工艺培训课程(56页)
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1.2 基本半导体元器件结构
图1-10 MOS场效应晶体管电容结构
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1.2 基本半导体元器件结构
1.2.2 有源器件结构 有源器件，如二极管和晶体管与无源元件在电子控制方式上
有很大差别，可以用于控制电流方向，放大小的信号，构成复杂的 电路。这些器件与电源相连时需要确定电极（+或-）。工作时利用 了电子和空穴的流动。 1.二极管的结构
4. CMOS结构
图1-15 CMOS反相器电路的电路图、顶视图和剖面图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-16 生长型晶体管生长示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-17 合金结结型晶体管示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
图1-18 台面型结型晶体管示意图
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1.3 半导体器件工艺的发展历史
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1.8 芯片制造的生产环境
1.8.1 净化间沾污类型 净化间沾污类型可以分为5大类：颗粒、金属杂质、有机物沾污、
自然氧化层和静电释放。 1.颗粒
图1-30 颗粒引起的缺陷
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1.8 芯片制造的生产环境
2.金属杂质 3.有机物沾污 4.自然氧化层 5.静电释放 1.8.2 污染源与控制
应严格控制硅片加工生产厂房里的各种沾污，以减小对芯片的 危害。作为硅片生产厂房的净化间其主要污染源有这几种：空气、 人、厂房、水、工艺用化学品、工艺气体和生产设备。 1.空气
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1.4 集成电路制造阶段
表1-2 1μm以下产业的技术节点列表
(2)提高芯片的可靠性 芯片的可靠性主要指芯片寿命。 (3)降低芯片的成本 半导体芯片的价格一直持续下降。
最新半导体工艺基础[1]ppt课件
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t
x2
式中假定D为常数，与杂质浓度 N( x, t )无关，x 和 t 分别表示位置和扩散时间。针对不同边界条件求出 方程的解，可得出杂质浓度 N 的分布，即 N 与 x 和 t 的 关系。
两种扩散方式 恒定表面源扩散 有限表面源扩散
集成电路及微机械加工技术
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A、恒定表面源扩散
一维情况下，单位时间内垂直扩散通过单位面积的粒子 数——即扩散流密度jp( x, t )与粒子的浓度梯度成正比。
jp(x,t)DdN d(xx,t)
扩散系数D与温度T（K）之间有如下指数关系：
D = D∞e —ΔE/kT
集成电路及微机械加工技术
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（二）、费克第二定律——扩散方程
对硅而言，Au、Ag、Cu、Fe、Ni 等半径较小的杂质原子 按间隙式扩散，而 P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等半径较大的 杂质原子则按替位式扩散，间隙式扩散的速度比替位式扩散的
速度快得多。
集成电路及微机械加工技术
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§1.3 扩散系数与扩散方程 （一）、费克第一定律——扩散定律
S
x xx
体积元内杂质变化量：
N x , t t N x , t S x j x x , t j x , t S x
N (tx,t) j( x x ,t)D 2N x (2 x,t)
集成电路及微机械加工技术
19 重庆大学光电工程学院
N(x,t)D2N(x,t)
硼注入
PWELL推进
注入预氧
漂光
集成电路及微机械加工技术
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N-
PSD硼注入
NSD光刻
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半导体制造工艺基础精讲书
一、引言
半导体制造工艺是指将半导体材料加工成电子器件的过程。
半导体器件广泛应用于电子产品中，如计算机、手机、电视等，并且在科技发展中起着重要的作用。
本文将对半导体制造工艺的基础知识进行精讲，帮助读者了解该领域的基础概念和流程。
二、半导体材料
半导体材料是指在温度较高时具有较好导电性，而在较低温度下具有较好绝缘性的材料。
常见的半导体材料有硅(Si)和砷化镓(GaAs)等。
硅是最常用的半导体材料，因其丰富的资源和成熟的制造工艺，被广泛应用于各种半导体器件中。
三、半导体工艺流程
半导体制造工艺包括多个步骤，以下为典型的半导体工艺流程：
1. 晶圆制备：晶圆是指平整且纯净的半导体片，常用硅晶圆。
制备晶圆的过程包括多个步骤，如去除杂质、生长单晶、切割晶圆等。
2. 清洗和清理：将晶圆进行清洗和清理，以去除表面的污染物和氧化层。
3. 沉积：通过物理或化学方法，在晶圆表面沉积一层薄膜，用于制造电子器件的结构或保护层。
常见的沉积方法有化学气相沉积(CVD)
和物理气相沉积(PVD)等。
4. 光刻：利用光刻胶和光刻机，将图形投影到晶圆上，形成所需的器件结构。
光刻是制造工艺中非常重要的一步，决定了器件的尺寸和形状。
5. 蚀刻：使用化学物质将晶圆上未被光刻胶保护的部分溶解掉，形成所需的器件结构。
6. 掺杂：通过掺入其他物质改变材料的导电性能。
常见的掺杂方法有离子注入和扩散等。
7. 导电层制备：制备导电层，如金属线或导电膜，用于连接器件的不同部分。
8. 封装测试：将芯片封装成最终的半导体器件，并进行测试和质量检验。
四、半导体制造工艺控制
半导体制造工艺的控制对于保证器件性能和质量至关重要。
以下是一些常见的工艺控制方法：
1. 温度控制：在制造过程中，需要严格控制温度，以确保材料的稳定性和一致性。
2. 气氛控制：在某些工艺步骤中，需要控制反应环境中的气氛成分
和浓度，以保证反应的准确性和稳定性。
3. 时间控制：不同的工艺步骤需要控制不同的时间参数，以确保工艺的完成度和一致性。
4. 流程监控：通过实时监测工艺参数和器件性能，及时调整工艺流程，以保证产品的质量和一致性。
五、结论
半导体制造工艺是将半导体材料加工成电子器件的过程，具有复杂而精细的步骤。
本文对半导体制造工艺的基础知识进行了精讲，包括半导体材料、工艺流程和工艺控制等内容。
希望读者通过本文的阅读，对半导体制造工艺有更深入的了解，为进一步学习和研究提供基础。