集成电路工艺总结

4#210宿舍 集体版总结

引言

第一只晶体管 ?第一只晶体管, AT&T Bell Lab, 1947 ?第一片单晶锗, 1952

?第一片单晶硅, 1954 (25mm，1英寸) ?第一只集成电路（IC）, TI, 1958 ?第一只IC商品, Fairchild, 1961

摩尔定律晶体管最小尺寸的极限 ?价格保持不变的情况下晶体管数每12月翻一番，1980s后下降为每18月翻一番；

?最小特征尺寸每3年减小70%

?价格每2年下降50%；

IC的极限

?硅原子直径: 2.35 ?；

?形成一个器件至少需要20个原子；

?估计晶体管最小尺寸极限大约为50 ?或0.005um，或5nm。

电子级多晶硅的纯度

一般要求含si>99.9999以上，提高纯度达到

99.9999999—99.999999999%（9-11个9）。其导电性介于10-4-1010

? /cm。电子级高纯多晶硅以9N以上为宜。

1980s以前半导体行业的模式

1980s以前：大多数半导体公司自己设计、制造和测试IC芯片，如 Intel，IBM

1990s以后半导体行业的模式

F&F模式，即Foundry(代工)+Fabless(无生产线芯片设计),

什么是Foundry

有晶圆生产线，但没有设计部门；接受客户订单，为客户制造芯片；

IC流程图:

接受设计订单→芯片设计→EDA编辑版图→将版图交给掩膜版制造商→制造晶圆→芯片测试→芯片封装

硅片制备与高温工艺

单晶生长：直拉法 区熔法 高温工艺:氧化，扩散，退火。 Si集成电路芯片元素组成

?

■半导体（衬底与有源区）：单晶Si ■杂质（N型和P型）：P (As)、B

■导体（电极及引线）：Al、Wu（Cu 、Ti）、poly-Si ■绝缘体（栅介质、多层互连介质）：SiO2、Si3N4

硅的重要性 ■储量丰富，便宜；（27.6％）

■SiO2性质很稳定、良好介质，易于热氧化生长；

■较大的禁带宽度（1.12eV），较宽工作温度范围

硅提纯 I的工艺步骤、化学反应式及纯度

从石英砂到硅锭

■石英砂（SiO2)→冶金级硅(MGS)

■HCl与MGS粉反应形成TCS■（trichlorosilane：氯硅烷） ■利用汽化和冷凝提纯TCS ■TCS与H2反应形成多晶硅(EGS) ■熔融EGS和拉单晶硅锭 从硅锭到硅片

单晶硅锭→整型→切片→磨片倒角→刻蚀→抛光→清洗→检查→包装 化学反应式

硅提纯I

多晶硅淀积

直拉法的拉晶过程

拉晶过程

①熔硅②引晶（下种）③收颈④放肩

直拉法的拉晶过程中收颈的作用 目的：抑制位错从籽晶向晶体延伸

直拉法与区熔法的对比

直拉法，更为常用(占75％以上)

⑴便宜⑵更大的圆片尺寸(300mm已生产)⑶剩余原材料可重复使用⑷位错密度：0～104cm2

区熔法

⑴高纯度的硅单晶(不使用坩锅)（电阻率2000Ω-mm）⑵成本高，可生产圆片尺寸较小(150mm)⑶主要用于功率器件⑷位错密度：103～105cm2

定位边或定位槽的作用 ①识别晶向、导电类型及划片方向 ②硅片（晶锭）机械加工定位的参考面；

③硅片装架的接触位置

外延的定义：外延、外延层、外延片、同质外延、异质外延

外延层：单晶衬底上单晶薄膜层 外延：同质外延和异质外延

同质外延：衬底与外延层为相同晶体，晶格完全匹配 异质外延：衬底与外延层为不同晶体，晶格不匹配

双极晶体管（电路）和CMOS器件（电路）中外延层的应用

双极晶体管（电路）中外延层的应用

?高阻的外延层可提高集电结的击穿电压

■低阻的衬底（或埋层）可降低集电极的串联电阻

CMOS器件（电路）中外延层的应用

■ 减小pnpn寄生闸流管效应降低漏电流

Si外延的源材料

■Si源气体：SiH4(硅烷), SiH2Cl2(二氯硅烷),

SiHCl3(三氯硅烷), SiCl4(四氯硅烷)

■ 掺杂剂

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