器件工艺思维导图

黑白二次方

2025-03-23

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器件工艺

工艺说明

工艺介绍

基本工艺，氧化，掺杂相关内容讲解

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思维导图大纲

基本工艺

外延

氧化

光刻

掺杂

金属化

钝化

氧化

SiO2

作用

掩蔽膜

介质

钝化膜

特点：无定形、透明玻璃网络体

热氧化

干氧氧化

速度最慢

表面均匀、结构致密

湿氧氧化

速度适中

均介于二者之间

水汽氧化

速度最快

表面多缺陷、结构疏松

工艺上一般采取：干氧-湿氧-干氧结合的氧化方式

氧化层界面杂质分布

分凝

Si中杂质将在界面两边进行再分布，直到在界面两边的化学势相同

分凝系数

m = 杂质在Si中平衡浓度/杂质在二氧化硅中的平衡浓度

杂质再分布

Si表附近的杂质浓度，只与杂质的分凝系数、杂质在SiO2中的扩散系数、杂质在Si中的扩散系数、以及氧化速率与杂质的扩散速率比

表面态

可动离子电荷

氧化层固定电荷

界面陷阱电荷

氧化层陷阱电荷

生长速率

扩散控制

抛物线规律

氧化剂在SiO2中扩散快慢决定

反应控制

线性规律

由Si表面的化学反应控制

影响因素

氧化剂分压

氧化温度

表面晶向

与价键相对于表面的角度有关。倾角越小，越容易发生反应，生成SiO2

杂质

掺杂

水汽

厚度计算：

恒定源

Si表面保持恒定的杂质浓度

余误差分布

X = 4.6根号下（DSiO2 * t）

二氧化硅扩散系数DSiO2

有限源

高斯分布

掺杂

扩散

方式

恒定表面源扩散

在扩散过程中，硅片表面保持恒定的杂质浓度 Co。杂质随时间向内部扩散

分布由余误差函数描述

浓度随深度增加而逐渐降低

有限表面源扩散

初始时硅片表面存在固定总量 Q（单位面积）的杂质，随后杂质向内部扩散，表面浓度随时间下降

浓度分布呈高斯型

峰值随扩散时间向深处移

分为两步扩散

预扩散

温度较低、余误差恒定源

主扩散

预扩散进入的杂质作为扩散源，扩散同时氧化

源类型

固态源

液态源

气态源

影响扩散系数的因素

扩散温度

扩散杂质的类型

杂质的浓度

离子注入

原理

注入离子的阻挡机制

核阻挡

注入离子与靶内原子核的相互碰撞

低能量下，随能量增加成线性关系

电子阻挡

注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的碰撞

与注入离子速度成正比

离子束射入到固体材料后，受到固体材料的抵抗而速度逐渐减慢，直至最后停留在固体材料之中

杂质分布特点

纵向分布

分布形状呈现高斯函数

Rp--平均投影射程

离子注入深度的平均值，浓度最大的点，在Rp两边离子浓度对称下降

横向分布

与入射方向垂直的平面内分布

影响沟道有效长度

沟道效应

注入离子与靶晶体的某个晶面平行是，会出现沟道效应

一般注入方向偏离晶轴 7~15°

避免沟道效应

也可衬底表面预非晶化，进一步抑制

衬底结构

<100>晶面 7~10 °

<111>高对称晶向用更大偏移15°来阻断沟道

特点

深度随能量增加而增加

非平衡过程，不受衬底材料的固溶限度

比热扩散的横向效应小

按照掩模的图形近乎于垂直入射

光刻

概念

在集成电路制造中，实现器件横向结构的图像和尺寸转移

光刻工艺分为

掩模片制备

CAD、制板

光刻过程

涂胶

烘干

曝光

显影

正胶曝光区的光刻胶，在显影液中溶解

负胶的非曝光区的光刻胶，在显影液中溶解

坚膜

目的

作用

除去光刻胶的剩余溶剂，增强光刻胶对Si片的附着力

提高光刻胶在刻蚀和离子主语过程中的抗腐蚀能力和保护能力

刻蚀

干法

湿法

去胶

光刻胶

对掩蔽膜进行腐蚀，保护被其覆盖的区域不被刻蚀

离子注入时保护被其覆盖的区域不被注入

光刻工艺

要求

高分辨率

高灵敏度的光刻胶

低缺陷

精密的套刻对准

对大尺寸硅片的加工能力

影响灵敏度因素

分辨率 R 是在光刻工艺中可达到的最小图形尺寸

限制分辨率的因素为衍射（从量子角度来看）

最高分辨率为 R = 1/λ （λ为波长）

分辨率受到光刻系统、光刻胶、工艺等各个方面的限制

正胶的分辨率比负胶的分辨率高

光刻技术

投影式照明系统

准分子激光DUV光源曝光

接近式曝光

接触式曝光

投影光刻

外延

概念

指在单晶硅衬底（如硅片）上，按衬底晶向生长单晶薄膜的工艺

可以控制导电类型、电阻率、厚度等参数，而不是依赖衬底

特点

气相外延

高温工艺

800~1150°C的高温下，来保证外延晶体的完整性

但高温加重了自掺杂和扩散

影响对外延掺杂情况的控制

液相外延

三-五族化合物中

固相外延

热退火

高剂量离子注入使得注入区由晶体变为非晶体，非晶体可在低温退火过程中通过固相外延变为晶体

反应剂

SiCl4

使用其生长外延要很高温度

SiHCl3

适应目前‘薄’外延层和低温的要求

SiH2Cl2

温度更低

SiH4

低于900°C生长很薄的外延层，且可得到高淀积率

薄膜

常用薄膜

外延层

衬底外延

掩蔽层

SiO2薄膜

引线

多晶硅、金属引线

钝化层

保护器件SiO2

要求

厚度均匀

高纯度、密度

薄膜结构完整性高

低缺陷密度

可控化学组成及比例

良好的化学性能

良好的附着性

台阶覆盖好

制备

气相淀积

利用在气相中，以物理、化学反应过程，在工作表面形成具有特殊性能的金属或者化合物涂层的方式

物理气相沉积

真空蒸发

利用蒸发材料，在高温时所具有的饱和蒸汽压进行薄膜制备

溅射

带电离子轰击

化学气相沉积

把含有构成薄膜元素的气态反应剂、液态反应剂蒸汽，以合理的流速引入反应室，在衬底表面发生化学反应，并在衬底表面淀积成薄膜

低压CVD

常压CVD

等离子CVD

金属化与多层互联

金属化

金属及金属性材料在集成电路技术中的应用

特点

栅电极材料

与栅氧化层具有良好的界面特性和稳定性

互连材料

较小的电阻率、良好的抗电迁移率

接触材料

良好的金属/半导体接触特性

多层互联的材料特点

接触电阻小

抗电迁移率性能好

电迁移现象：导体材料在电流作用下，材料原子发生定向迁移的现象

与绝缘SiO2有良好的附着性

耐腐蚀

易于淀积和刻蚀

易于键合

层与层之间的绝缘性能好

提高光刻胶的附着力思维导图模板大纲

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