山东农业大学《集成电路设计基础》4工艺上.pptVIP

上节回顾 PN结 MOS结构 工艺 单晶制备 外延生长 掩模制版 3.4 光刻(Lithography) 光刻 是集成电路加工过程中的重要工序。 作用是把掩模版上的图形转换成晶圆上的器件结构。 光刻对集成电路图形结构的形成，如各层薄膜的图形及掺杂区域等，均起着决定性的作用。 特征尺寸 通常可用光刻次数及所需掩模的个数来表示某生产工艺的难易程度。 集成电路的特征尺寸是否能够进一步减小，也与光刻技术的近一步发展有密切的关系。 通常人们用特征尺寸来评价一个集成电路生产线的技术水平。 光刻的要求 对光刻的基本要求： （1）高分辨率 （2）高灵敏度 （3）精密的套刻对准 （4）大尺寸硅片上的加工 （5）低缺陷 光刻步骤 光刻步骤 简介 （1）涂光刻胶 （2）曝光 （3）显影与后烘 （4）刻蚀 （1）涂光刻胶 首先使用旋涂技术对晶圆涂光刻胶。光刻胶一般有两种： ----正性（Positive）光刻胶 ----负性（Negative）光刻胶 正性和负性光刻胶 正性和负性光刻胶 正性光刻胶受光或紫外线照射后感光的部分发生光分解反应，可溶于显影液，未感光的部分显影后仍然留在晶圆的表面，它一般适合做长条形状； 负性光刻胶的未感光部分溶于显影液中，而感光部分显影后仍然留在基片表面，它一般适合做窗口结构，如接触孔、焊盘等。光刻胶对大部分可见光敏感，对黄光不敏感。因此光刻通常在黄光室（Yellow Room）内进行。 （2）曝光 将光刻掩模覆盖在涂有光刻胶的硅片上，光刻掩模相当于照相底片，一定波长的光线通过这个“底片”，使光刻胶获得与掩模图形同样的感光图形。 （3）显影与后烘 在曝光之后进行显影、定影、坚膜等步骤，在光刻胶膜上有的区域被溶解掉，有的区域保留下来，形成了版图图形。 （3）刻蚀 为获得器件的结构必须把光刻胶的图形转移到光刻胶下面的各层材料上面去。 刻蚀的主要内容就是把经曝光、显影后光刻胶微图形中下层材料的裸露部分去掉，即在下层材料上重现与光刻胶相同的图形。 光刻流程 分步重复（Direct Step on Wafer）光刻机 光刻 刻蚀方法分为： 干法刻蚀 湿法刻蚀 （1）干法刻蚀 干法刻蚀是以等离子体进行薄膜刻蚀的技术。 一般是借助等离子体中产生的粒子轰击刻蚀区，是各向异性的刻蚀技术，即在被刻蚀的区域内，各个方向上的刻蚀速度不同。通常Si3N4、多晶硅、金属以及合金材料采用干法刻蚀技术。 （2）湿法刻蚀 ?? 湿法刻蚀是将被刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术， 这是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料。通常SiO2采用湿法刻蚀技术，有时金属铝也采用湿法刻蚀技术。 干法刻蚀与湿法刻蚀 5 掺杂工艺 掺杂的目的是制作N型或P型半导体区域，以构成各种器件结构。 掺杂工艺的基本思想就是通过某种技术措施，将一定浓度的三价元素（如硼、锑）或五价元素（如磷、砷等）掺入半导体衬底。通过掺杂，原材料的部分原子被杂质原子代替。 提高杂质浓度或使原衬底改型 若在N型衬底上掺杂磷或在P型衬底上掺杂硼，均可提高原衬底表面杂质的浓度； 若在N型衬底上掺杂硼或在P型衬底上掺杂磷，可以降低原衬低表面杂质的浓度，或将原衬底改型。 掺杂工艺 ? 掺杂工艺方法分为： ----热扩散法 掺杂 ----离子注入法 掺杂。 （1）热扩散法掺杂 热扩散是最早使用也是最简单的掺杂工艺，主要用于Si工艺。 利用原子在高温下的扩散运动，使杂质原子从浓度很高的杂质源向硅中扩散并形成一定的分布。 （2）离子注入法掺杂 离子注入掺杂也分为 两个步骤： ---离子注入 ---退火再分布。 离子注入 在离子注入中，电离的杂质离子经静电场加速打到晶圆表面。在掺杂窗口处，杂质离子被注入裸露的半导体本体，在其它部位杂质离子则被半导体上面的保护层屏蔽。通过测量离子电流可严格控制剂量。 通过控制静电场可以控制杂质离子的穿透深度。 退火处理 高能粒子的撞击，导致硅结构的晶格发生损伤。 为恢复晶格损伤，在离子注入后要进行 退火处理 离子注入技术优点 离子注入技术主要有以下几方面的优点： （1）掺杂纯度高 （2）精度高 （3）注入过程温度低，像二氧化硅、氮化硅、