1、集成电路制造生产实习集成电路制造生产实习报告一 工艺原理1.氧化在集成电路工艺中,氧化就是必不可少的一项工艺技术。自从早期人们发现硼、磷、砷、锑等杂质元素在SiO2 的扩散速度比在Si 中的扩散速度慢得多, SiO2 膜就被大量用在器件生产中作为选择扩散的掩模,并促进了硅平面工艺的出现。同时在 Si 表面生长的SiO2 膜不但能与 Si 有很好的附着性,而且具有非常稳定的化学性质与电绝缘性。因此 SiO2 在集成电路中起着极其重要的作用。在平导体器件生产中常用的SiO2 膜的生长方法有:热生长法、化学气相沉积法、阴极溅射法 ,HF 一 HNO3 气相钝化法、真空蒸发法、外延生长法、阳极氧化法等
2、。在深亚微米IC制造中 ,还发展了快速加热工艺技术。选择何种方法来生SiO2 层与器件的性能有很大关系。SiO2 在器件中可以起到的作用有作为MQS 器件的绝缘栅介质;作为选择性掺杂的掩模;作为缓冲层 ;作为绝缘层 ;作为保护器件与电路的钝化层等。Si 的氧化过程就是一个表面过程,即氧化剂就是在硅片表面处与Si 原子起反应 ,当表面已形成的 SiO2 层阻止了氧化剂与Si 的直接接触 ,氧化剂就必须以扩散的方式穿过SiO2 层、到达SiO2 一 Si 界面与 Si 原子反应 ,生成新的SiO2 层 ,使 SiO2 膜不断增厚 ,同时 SiO2 一 Si 界面向Si内部推进、2.扩散在一定温度下
3、杂质原子具有一定能量 ,能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。扩散的形式有:替代式扩散与间隙式扩散;恒定表面浓度扩散与再分布扩散。扩散方式 :气态源扩散、液态源扩散、固态源扩散。扩散方式 :气态源扩散、液态源扩散、固态源扩散扩散源扩散系统扩散工艺影响因素硼 B硼酸三甲酯,硼酸N2 气源、纯化、扩预沉积 ,去 BSG,气体流量、 杂质三丙酯散源、扩散炉再分布源、温度磷 PPOCl3,PCl3,PBr3O2 与 N2 气源、纯预沉积 ,去 PSG,化、扩散源、源冷却再分布系统、扩散炉扩散工艺主要参数 :1、结深 :结距扩散表面的距离叫结深。2、薄层电阻3、表面浓度 :扩散层表面的杂质浓度
4、。、结深 : Rsxj12 ( 余误差 )浓度 : N ( x, t) N0erfc x 2( Dt )费克第一定律 : J ( x,t)D N ( x,t )(扩散粒子流密度 ,D 粒子的扩散系数 )x杂质扩散方程 (费克第二定律 ):N (x,t )2 N ( x, t)tDx2费克定律的分析解 :1、恒定表面浓度扩散,在整个过程中杂质不断进入硅中,而表面杂质浓度: N ( x, t ) N0erfc x 2( Dt )1Ns 始终保持不变。余误差2 Dt 特征扩散长度集成电路制造生产实习2、结深 : xj2 D 2 t2ln( 2N sD1t1 )12 = A D2 t 2N BD2 t
5、 23、简单理论的修正 :二维扩散 (横向扩散 )实际扩散区域大于由掩膜版决定的尺寸,此效应将直接影响到VLSI 的集成度表面浓度的大小一般由扩散形式、扩散杂质源、扩散温度与时间所决定。3.光刻光刻就是一种图形复印与化学腐蚀相结合的精密表面加工技术三要素 :光刻胶、掩膜版与光刻机重要性 :就是唯一不可缺少的工艺步骤,就是一个复杂的工艺流程工艺过程 :气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准与曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙、显影检查 (正胶 :先后;负胶 :先后)目的 :在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形从而实现选择性扩散与金属薄膜布线的目的。光刻胶要求 :分辨高、对比度好、敏感
6、度好、粘滞性好、粘附性好、抗蚀性好、颗粒小光刻胶成分 :树脂、感光剂、溶剂、添加剂正胶 :曝光部分溶解负胶的粘附性与抗蚀性好,但分辨率低涂胶工艺 :目的 :在硅片上沉积一层均匀的光刻胶薄膜方式 :滴胶、匀胶 (500700rpm) 、旋转 (30005000)要求 :厚度 1、 0um, 均匀性 3%以内对准曝光 :接触式 ,接近式 ,投影式目的 :达到图形精确转移软烘目的 :去除光刻胶中的溶剂 ,改善胶的粘附性 ,优化胶的光吸收特性与显影能力 ,缓解涂胶时产生的应力 ,防止曝光时挥发污染设备。软烘不当的后果温度过高时间过长:光刻胶光敏感度降低;相反刻胶显影选择比下降曝光后烘培目的:促进关键化
7、学反应,去除溶剂增强粘附性,防止产生驻波效应,方法 :热板 ,温度高于软烘显影目的 :溶解硅片上曝光区域的胶膜,形成精密的光刻胶图形。方法 :正胶显影液 : 2、 38% 的四甲基氢氧化铵(TMAH)特点 :碱性、水性显影液、轻度腐蚀硅显影后用去离子水洗,N2 吹干坚膜烘培目的:使存留在光刻胶中的溶剂彻底挥发,提高光刻胶的粘附性与抗蚀性。稳固光刻胶 ,对下一步的刻蚀或离子注入过程非常重要。方法 :热板 ,温度高于前两次烘焙4.金属化金属化 :蒸发与溅射就是制备金属结构层与电极的主要方法。就是物理气相淀积的方法。金属材料的要求:1、良好的导电性2 、容易形成良好的欧姆接触3、与硅与二氧化硅粘附性好 4、能用蒸发或溅射的方法形成薄膜5 、易于光刻 ,实现图形化。常用金属材料:Al, Au, Ag, Pt, W, Mo, Cr, Ti 。集成电路对金属化的要求:1、对 P+或 N+ 形成欧姆接触 ,硅/ 金属接触电阻越小越好,良好的导电性2、低阻互连线,引线电阻越小越好3、抗迁徙4 、良好的附着性5、耐腐蚀6、易于淀积与光刻7、易键合8 、层与层之间不扩散。
