第4章智能传感器的集成技术详解.pptVIP

目 录; 第4章 智能传感器的集成技术; 第4章 智能传感器的集成技术;不同深宽比示意图; (100) 硅片 各向 异性 腐蚀 图 ;§4.1 集成电路的基本工艺;直拉单晶炉; 介绍生长单晶硅的装置： 1）炉子：包括石英坩埚、石墨基座、旋转装置、加热元件及电源； 2）单晶提拉机构：籽晶夹持器及旋转装置； 3）保护气体控制系统：气体源、流量控制装置、抽气系统。 对籽晶的要求：晶向要合适[111]； 要使生长出来的晶体有一定的掺杂浓度，在熔体中加入一定量的掺杂 剂； 切片的主要参数：表面晶向、厚度、斜度及弯曲度。 衬底材料的选择： 1）导电类型和电阻率： 力敏器件多数是选N型单晶硅作衬底材料，采用扩散或离子注入工艺 制作P型掺杂电阻。 ＊ 同一电阻率的P型硅掺杂浓度高于N型掺杂浓度。掺杂浓度越高，;温度漂移越小。 ＊ 相同温度相同表面杂质浓度下，P型层的压阻系数比N型层的高， 有利于提高灵敏度。 2）位错密度： 位错是单晶硅的原子排列上出现一种缺陷；位错会加快杂质扩散速 度，影响隔离效果，产生应力集中。 3）晶向和晶面 压阻效应与晶向有关，P型硅的压阻效应是[111][110][100]；硅单 晶的原子密度是以晶面(111)(110)(100)的次序递减，而扩散速度、腐 蚀速度以（111）(110)(100)的顺序递增。 制作力敏器件，为加快扩散速度，缩短腐蚀时间和提高器件的稳定 性，应选取（100）、（110）晶面。 4）衬底切割的质量要求; ＊ 硅片厚度公差±0.015mm； ＊ 平行度0.02mm； ＊ 晶向偏差：1°； ＊ 弯曲度：影响加工量，一般要求磨片磨削量的1/2。 §4.1.2外延 作用：控制杂质分布，优化器件和电路性能 方法：气相外延（VPC）；液相外延（LPC）；分子束外延（MBE）。 主要目的：通过一种化学反应的方式，在硅基片的表面生长一层所需 的膜层，如掺杂层的生成。 优点：在远低于熔点的温度下生长。 ;气相外延常用的三种基座 （a）水平型 （b）圆盘型 （c）桶型;选择性外延生长的三种可能方案;§4.1.3 热氧化 主要是生成半导体电路中所需的氧化层，如MOSFET电路中的栅氧化 层，场氧化层。 氧化层的作用：隔离层、钝化层 方法：干氧氧化（高纯度干燥氧气） 湿氧氧化（高纯度水蒸气） 特点：干氧氧化（慢、性能好） 湿氧氧化（快，用于较厚氧化层） 反应条件：T：900～1000℃；v（气体流量）：1cm3/s，ΔT＝±1℃； 钝化膜的作用：起掩蔽、保护、绝缘等作用；防止高温下硅表面以及 硅中杂质的挥发，以及化学处理而引起的器件电学性能下降。 ;电阻加热氧化炉结构示意图;§4.1.4 物理气相淀积 作用：淀积一些金属材料，作为电极或连线；对器件进行金属化。 方法：真空蒸发淀积（辉光放电）——用于铝等熔点较低的材料； 物理溅射淀积（分直流、射频、磁控、离子束） ——用于难熔金属或化 合物材料。 ;蒸镀、平面溅射、S枪溅射台阶覆盖能力示意图;§4.1.5 化学气相淀积 作用：淀积用于分立器件和集成电路绝缘和钝化的介质膜，与物理 气相淀积相比产生化学反应。 方法： 常压化学气相淀积 低压化学气相淀积 等离子体化学气相淀积 CVD LPCVD PCVD 用于金属化工艺 用于钝化器件、绝缘膜 作器件最终钝化膜 温度高 温度中等（750℃） 温度低（300℃） 薄膜电阻 ，氮化硅膜 氮化硅膜 §4.1.6光刻 光刻工艺是利用光刻胶受光照部分与未受光照部分溶解特性的巨大 差异在衬底表面制作图形的技术。这有点类似照相底片的功能。 ;热壁低压化学气相淀积反应器原理图;1、 光刻工艺流程 光刻胶分：正性光刻胶（曝光部分被溶解）；负性光刻胶（又叫反 转片）。 工艺步骤：清洗、烘烤→涂胶（厚度取决于光刻胶种类、旋转速 度、液态胶粘度）→前烘（使胶层中的溶剂挥发（红外线、热板、循环 热风）增强粘附能力；提高耐磨性；提高和稳定感光灵敏度）→曝光 （使胶层起光化学反应，方式有掩膜曝光、电子束曝光）→显影（样品 放入显影液，使部分胶层溶解，分正