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第四章 集成电路制造工艺 集成电路（Integrated Circuit）制造工艺是集成电路实现的手段，也是集成电路设计的基础。 需要集成的内容 集成电路工艺技术主要包括： 1、原始硅片工艺 硅单晶控制到最终形成作为IC衬底和有源区的硅片的一整套工艺技术。 2、掺杂工艺 包括各种扩散掺杂和离子注入掺杂技术。 3、微细图形加工工艺 包括图形的复印和刻蚀转移两个方面。 4、介质薄膜工艺 包括各种热生长技术和各种CVD技术。 5、 金属薄膜工艺 包括真空蒸发技术、溅射技术和CVD技术。 集成电路制造工艺简介 生产工厂简介 国外某集成电路工厂外景 净化厂房 芯片制造净化区域走廊 投 影 式 光 刻 机 Here in the Fab Two Photolithography area we see one of our 200mm 0.35 micron I-Line Steppers，this stepper can image and align both 6 8 inch wafers. 二氧化硅的主要物理性质 二氧化硅膜的主要化学性质 二氧化硅膜具有极高的化学稳定性，它不溶于水，除氢氟酸外，不和其他酸起作用。在IC生产工艺中，利用二氧化硅膜开出各种窗口，就是利用了这个性质 SiO2+4HF → SiF4 ↑ +2H2O SiF4+2HF → H2SiF6 六氟硅酸（H2SiF6）是可溶于水的络合物。 二氧化硅膜在IC制造中的主要功能 1.高温下杂志扩散的掩蔽层 氧化、光刻 扩散 杂质在二氧化硅中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数 2.MOS IC中绝缘栅材料 3.集成电路的隔离介质和绝缘介质 在集成电路制造中常用两种隔离方法：p-n结隔离和SiO2膜作为绝缘材料的介质隔离。SiO2膜隔离比p-n结隔离具有漏电流较小、击穿电压较高、隔离区与衬底之间的寄生电容小、不受外界偏压的影响等优点。 由于SiO2的电阻率很高，可达1015-1016，所以是很好的绝缘材料。 4.SiO2的介电常数3-4（10KHz-1KHz），所以可以作为电容器的介质。 5.SiO2的性能稳定，可以用作器件很好的保护和钝化膜。 6.离子注入时硅表面的保护膜。 二氧化硅的制备方法 热氧化法：栅氧化层、场氧化层 干氧化法: 湿氧化法： 干氧－湿氧－干氧(简称干湿干)氧化法 氢氧合成氧化 化学气象淀积法 金属化的介质层和扩散掩蔽层等 氧化技术的发展 随着VLSI集成度的提高，MOS器件的栅氧化层厚度也随之减小。 超薄栅氧化层质量的保证 氧化层越薄，漏电和栅氧击穿问题越严重。 高介电常数（High-K）栅材料的开发 栅极漏电随着栅氧厚度的减少而指数增加，需采用高介电常数的栅材料。 低介电常数（Low-K）栅材料的开发 用作布线金属层之间的绝缘介质材料，减小布线电容。 4.2.2 热氧化SiO2的原理及方法 硅的氧化分干氧、湿氧和水汽氧化三种。干氧实在高温下氧分子与硅表面的原子反应生成SiO2。 由于Si在SiO2中的扩散系数比O2在SiO2中扩散系数小几个数量级，因此上述化学反应在Si-SiO2界面发生。 干氧化系统 虽然干氧氧化的质量很好，但是由于氧化的速率很小，所以很多工艺上使用H2O同Si进行化学反应得到厚的SiO2膜。 干氧氧化的SiO2膜结构致密、干燥、均匀性和重复性好、掩蔽能力强、钝化效果好，与光刻胶的接触良好，光刻时不易浮胶。 水汽氧化的SiO2膜结构疏松，表面有斑点和缺陷，含水量多，对杂志的掩蔽能力差，所以在工艺中很少单独采用。 湿氧氧化生长的膜致密性略差于干氧生长的SiO2膜，但它具有生长速度快的优点，其掩蔽能力和钝化效果都能满足一般器件的要求。其缺点是表面有硅烷醇存在，使SiO2膜与光刻胶接触不良，光刻时容易浮