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第二章半导体制造工艺白雪飞中国科学技术大学电子科学与技术系•硅制造•光刻技术•氧化物生长和去除•扩散和离子注入•硅淀积和刻蚀•金属化•组装提纲2硅制造•冶金级多晶硅–石英矿和碳加热至2000℃，得到液态熔融硅–冷却后形成由大量细小晶粒结合在一起的多晶硅–SiO2+2CSi+2CO•半导体级多晶硅–冶金级硅与HCl气体在高温和催化剂下反应，生成三氯硅烷SiHCl3–三氯硅烷常温下为液态，经蒸馏提纯–用氢气将纯净的三氯硅烷还原为多晶硅单质–SiHCl3+H2Si+3HCl多晶硅制造4Czochralski(CZ)工艺晶体生长5晶体生长过程6硅锭7单晶硅锭•晶圆制造工序–切除硅锭两端锥形头–打磨硅锭至合适直径–确定晶向，打磨晶向标记平面–切片，得到晶圆(Wafer)–抛光–倒角•晶向–晶圆表面方向决定了晶圆的很多特性–不同切割方向暴露出的原子结构不同，形成电子器件的电学特性也不同晶圆制造8晶圆成品9300mm晶圆和Pizza晶圆成品硅晶圆的解理特征10光刻技术•淀积和刻蚀–大多数淀积和刻蚀工艺不具有选择性–少数选择性工艺的速度太慢或成本过于高昂•光刻–复杂图形照相式的复制到晶圆表面–所得版式可以用于选择性的阻挡淀积或刻蚀光刻技术12•光刻胶–一种光敏乳胶剂–对一定波长的光非常敏感–粘附于晶圆上形成均匀薄膜–溶剂蒸发并烘烤后变硬便于处理•正胶–曝光的正胶在紫外线下分解，变得可溶–未曝光的负胶在显影液中不可溶–正胶使用更多•负胶–曝光的负胶在紫外线下聚合，变得不可溶–未曝光的负胶在特定溶剂中可溶光刻胶13曝光简图曝光14•显影剂–由有机溶剂的混合物组成–可溶解部分光刻胶•显影–显影剂溶解部分光刻胶，暴露出晶圆表面–淀积或刻蚀只能影响到暴露的区域•定影–用更具腐蚀性的溶剂混合物剥除光刻胶–或者在氧气氛围中采用反应离子刻蚀对光刻胶进行化学破坏–光刻胶不能作为能够抵挡高温的掩模层显影15氧化物生长和去除•二氧化硅的特性–能够形成性能良好的二氧化硅–可以通过在氧化气氛中简单加热生长–能够抵抗大多数普通溶剂–易溶于氢氟酸溶液–极好的绝缘体•氧化工艺–干法：在纯净干燥的氧气中加热，速度缓慢，质量很高，用于器件–湿法：在氧气混合水蒸气中加热，速度加快，质量降低，用于场氧化层–淀积：在非硅材料上形成二氧化硅，通过气态硅化合物和气态氧化剂反应值得，用于两层导体之间的绝缘层或保护层二氧化硅和氧化工艺17氧化炉简图18氧化物去除19•湿法刻蚀–使用稀释的氢氟酸溶液•干法刻蚀–反应离子刻蚀(RIE)–等离子刻蚀–化学气相刻蚀氧化物刻蚀20反应离子刻蚀21对晶圆表面形貌的影响22氧化分凝机制23杂质增强氧化效应24硅的局部氧化(LOCOS)25Kooi效应26扩散和离子注入扩散工艺28磷扩散工艺29横向扩散30改变扩散速率的机制31离子注入32自对准源漏区33硅淀积和刻蚀•单晶硅–在暴露的单晶硅表面，可以淀积单晶硅薄膜•多晶硅–在氧化物或氮化物薄膜上，将形成多晶硅硅淀积35低压化学气相淀积(LPCVD)外延36N型埋层(NBL)的形成掩埋层形成及外延37硅介质隔离38浅槽隔离39金属化单层金属系统41铝淀积42蒸铝的台阶覆盖43难熔阻挡金属(RBM)溅射44塞状钨通孔系统45硅化46现代金属化系统47•铝的缺点–电阻比铜大，在亚微米工艺下表现明显–电迁徙问题•铜的优点–导电性能好–提高抗电迁徙特性铜金属化48双大马士革工艺49功率铜50组装晶圆结构52DIP-8线框简图安装与键合53球焊工艺54•塑模成形•修整引线•标记芯片型号、号码、其他标识码等•测试•包装封装55本章结束