集成電路基本工藝
2021-10-26(641)次瀏覽
集成電路基本工藝包括基片外延生長掩模制造、曝光技術(shù)、刻蝕、氧化、擴(kuò)散、離子注入、多晶硅淀積、金屬層形成。
下面我們分別對這些關(guān)鍵工藝做一些簡單的介紹。
一、外延工藝
外延工藝是60年代初發(fā)展起來的一種非常重要的技術(shù),盡管有些器件和IC可以直接做在未外延的基片上,但是未經(jīng)過外延生長的基片通常不具有制作期間和電路所需的性能。外延生長的目的是用同質(zhì)材料形成具有不同摻雜種類及濃度而具有不同性能的晶體層。常用的外延技術(shù)主要包括氣相、液相金屬有機(jī)物氣相和分子束外延等。其中,氣相外延層是利用硅的氣態(tài)化合物或液態(tài)化合物的蒸汽在襯底表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成單晶硅,即CUD單晶硅;液相外延則是由液相直接在襯底表面生長外延層的方法;金屬有機(jī)物氣相外延則是針對Ⅲ?Ⅴ族材料,將所需要生長的Ⅲ?Ⅴ族元素的源材料以氣體混合物的形式進(jìn)入反應(yīng)器中加熱的生長區(qū),在那里進(jìn)行熱分解與沉淀反映,而分子束外延則是在超高真空條件下,由一種或幾種原子或分子束蒸發(fā)到襯底表面形成外延層的方法。
二、掩模板的制造
掩模板可分成整版及單片版兩種,整版按統(tǒng)一的放大率印制,因此稱為1×掩模,在一次曝光中,對應(yīng)著一個芯片陳列的所有電路的圖形都被映射到基片的光刻膠上。單片版通常八九、實(shí)際電路放大5或10倍,故稱作5×或10×掩模,其圖案僅對應(yīng)著基片上芯片陳列中的單元。
三、光刻技術(shù)
光刻是集成電路工藝中的一種重要加工技術(shù),在光刻過程中用到的主要材料為光刻膠。光刻膠又稱為光致抗蝕劑,有正膠、負(fù)膠之分。其中,正膠曝光前不溶而曝光后可溶,負(fù)膠曝光前可溶而曝光后不可溶。
光刻的步驟:①晶圓涂光刻膠;②曝光;③顯影;④烘干
常見的光刻方法:①接觸式光刻;②接近式光刻;③投影式光刻
其中,接觸式光刻可得到比較高的分辨率,但容易損傷掩模版和光刻膠膜;接近式光刻,則大大減少了對掩模版的損傷,但分辨率降低;投影式光刻,減少掩模版的磨損也有效提高光刻的分辨率。
四、刻蝕技術(shù)
經(jīng)過光刻后在光刻膠上得到的圖形并不是器件的最終組成部分,光刻只是在光刻膠上形成臨時(shí)圖形,為了得到集成電路真正需要的圖形,必須將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硅膠上,完成這種圖形轉(zhuǎn)換的方法之一就是將未被光刻膠掩蔽的部分通過選擇性腐蝕去掉。
五、氧化
在集成電路工藝中常用的制備氧化層的方法有:①干氧氧化;②水蒸氣氧化;③濕氧氧化。
干氧氧化:高溫下氧與硅反應(yīng)生成sio2的氧化方法;
水蒸氣氧化:高溫下水蒸氣與硅發(fā)生反應(yīng)的氧化方法;
濕氧氧化:氧化首先通過盛有95%c左右去離子睡的石英瓶,將水汽帶入氧化爐內(nèi),再在高溫下與硅反映的氧化方法。
影響硅表面氧化速率的三個關(guān)鍵因素:溫度、氧化劑的有效性、硅層的表面勢。
六、擴(kuò)散與離子注入
擴(kuò)散工藝通常包括兩個步驟:即在恒定表面濃度條件下的預(yù)淀積和在雜志總量不變的情況下的再分布。預(yù)淀積只是將一定數(shù)量的雜質(zhì)引入硅晶片表面,而最終的結(jié)深和雜質(zhì)分布則由再分布過程決定。
常見的擴(kuò)散方法主要有固態(tài)源擴(kuò)散和氣態(tài)源擴(kuò)散等。
離子注入是將具有很高能量的帶點(diǎn)雜質(zhì)離子射入半導(dǎo)體襯底中的摻雜技術(shù),它的摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量、雜質(zhì)離子的質(zhì)量決定,摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的劑量決定。高能離子射入靶后,不斷與襯底中的原子以及核外電子碰撞,能量逐步損失,最后停止下來。
離子注入法于20世紀(jì)50年代開始研究,20世紀(jì)70年代進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。隨著VLSI超精細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)已成為各種半導(dǎo)體摻雜和注入隔離的主流技術(shù)。在離子注入后,由于會在襯底中形成損傷,而且大部分注入的離子又不是以替位的形式位于晶格上,為了激活注入到襯底中的雜質(zhì)離子,并消除半導(dǎo)體襯底中的損傷,需要對離子注入后的硅片進(jìn)行退火。
退火,也叫熱處理,作用是消除材料中的應(yīng)力或改變材料中的組織結(jié)構(gòu),以達(dá)到改善機(jī)械強(qiáng)度或硬度的目的。
七、淀積
器件的制造需要各種材料的淀積,這些材料包括多晶硅、隔離互連層的絕緣材料和作為互連的金屬層。
在厚絕緣層上生長多晶硅的一個常用方法是“化學(xué)氣相淀積”(CVD),這種方法是將晶片放到一個充滿某種氣體的擴(kuò)散爐中,通過氣體的化學(xué)反應(yīng)生成所需要的材料。
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