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生产实习报告模板
生产实习报告
专业:
班级:
学号:
姓名:
指导教师:
李跃进丁瑞雪李娅妮
实习时间:
分组情况:
第大组第小组
一工艺原理
1.氧化
半导体工艺中的二氧化硅大多数是通过热生长氧化法得到的,也就是让硅片(晶圆)在高温下,与氧化剂发生反应而生长一层SiO2膜的方法,其化学反应式如下:
Si(固态)+O2(气态)SiO2(固态)
化学反应非常简单,但氧化几理并非如此,因为一旦在硅表面有二氧化硅生成,它将阻挡O2原子与Si原子直接接触,所以其后的继续氧化是O2原子通过扩散穿过已生成的二氧化硅层,向Si一侧运动到达界面进行反应而增厚的。
通过一定的理论分析可知,在初始阶段,氧化层厚度(X)与时间(t)是线性关系,而后变成抛物线关系。
以上介绍的是干氧氧化,氧化速率较慢。
如果用水蒸气代替氧气做氧化剂,可以提高氧化速率,用水蒸气氧化的工艺通常称为湿氧氧化。
其化学反应式如下:
Si(固态)+H2O(气态)SiO2(固态)+2H2(气态)
通常采用干氧-湿氧-干氧结合的氧化方式。
2.扩散
杂质扩散机制:
a间隙式扩散b替位式扩散
扩散系数
非克(Fick)第一定律:
:
∂C(x,t)J(x,t)=−D∂x
J为扩散粒子流密度、定义为单位时间通过单位面扩散粒子流密度、扩散粒子的浓度,积的粒子数,积的粒子数,C是扩散粒子的浓度,D为扩散系数是表征杂质扩散快慢的系数。
是表征杂质扩散快慢的系数。
非克第一定律表达了扩散的本质即浓度差越大温度越高,扩散就越快。
浓度差越大,扩散的本质即浓度差越大,温度越高,扩散就越快。
常用扩散杂质
形成P型硅的杂质:
形成P型硅的杂质:
B、Ga、Al(Ⅲ族元素)Ga、Al(族元素)形成N型硅的杂质:
形成N型硅的杂质:
P、As、Sb(Ⅴ族元素)As、Sb(族元素)IC制造中常用的杂质:
IC制造中常用的杂质:
B、P、As、SbAs、制造中常用的杂质B:
硼、Ga:
镓、Al:
铝Ga:
Al:
P:
磷、As:
砷、Sb:
锑As:
Sb:
扩散杂质的分布
1.余误差函数分布(恒定表面源扩散属于此分布)
其扩散方程:
C(z,t)=CS1−π∫z2Dt0zedλ=CSerf2Dt−λ2
误差函数分布的特点:
a、杂质表面浓度由该种杂质在扩散温度下的固溶度所决定。
当扩散温度不变时,表面杂质浓度维持不变;扩散时间越长,扩散温度越高,硅片内的杂质总量就越多;扩散时间越长,扩散温度越高,杂质扩散得越深。
2、高斯分布(有限源扩散属于此分布)
其扩散方程:
QTC(z,t)=eπDt
高斯分布的特点:
a、在整个扩散过程中,杂质总量保持不变b、扩散时间越长,扩散温度越高,则杂质扩散得越深,表面浓度越低c、表面杂质浓度可控。
扩散工艺
常规深结(Xj≥2m)扩散采用两步扩散
第一步:
预扩散或预沉积,温度一般较低(980℃以下)、时间短(小于60分以下)、此步扩散为恒定表面源扩散余误差分布。
第二步:
再扩散或结推进,温度一般较高(1200℃左右)、时间长(大于120分),同时生长SiO2此步扩散为有限表面源扩散高斯分布。
3.光刻
光刻:
将掩模版上的图形转移到硅片上的过程。
本质:
把电路结构临时“复制”到硅片上。
光刻的成本在整个硅片加工成本中几乎占三分之一。
光刻是集成电路中关键的工艺技术,最早的构想来源于印刷技术中的照相制版。
最早在1958年就开始了光刻技术,实现了平面晶体管的制作。
在讨论扩散和离子注入的过程中,涉及到采用SiO2或者其他的一些掩膜材料来覆盖硅片表面的部分区域。
通过光刻选择性地去除硅片表面限定区域的掩膜,就可形成集成电路所需的绝缘层或者金属层的图形。
ULSI中对光刻的基本要求:
1)高分辩率2)高灵敏度的光刻胶(指胶的感光速度)3)低缺陷。
(重复导致多数片子都变坏)4)精密的套刻对准。
允许的套刻误差为线宽的10%。
5)对大尺寸硅片的加工。
光刻的工艺流程光刻工艺的主要步骤:
(a)涂胶(甩胶);之前需要脱水烘焙,甩胶(加HMDS)(b)前烘去溶剂,减少污染和显影损失(c)光刻胶通过掩膜曝光;胶受光变为乙烯酮,再变为羧酸(易溶于碱液)(d)显影后的图形;图形检查,不合格的返工,用丙酮去胶(e)坚膜:
除去光刻胶中的剩余溶液,增加附着力和抗蚀能力。
温度高于前两种。
(f)刻蚀氧化层和去胶(干法和湿法)。
4.金属化
金属化的作用:
a将有源元件按设计的要求联结起来形成一个完整的电路和系统
b提供与外电源相连接的接点
互连和金属化不仅占去了相当的芯片面积,而且往往是限制电路速度的主要矛盾之所在。
金属材料的用途及要求:
a栅电极
与栅氧化层之间有良好的界面特性和稳定性
合适的功函数,满足NMOS和PMOS阈值电压对称的要求
多晶硅的优点
可以通过改变掺杂的类型和浓度来调节功函数
与栅氧化层有很好的界面特性
多晶硅栅工艺具有源漏自对准的特点
b互连材料
电阻率小
易于淀积和刻蚀
好的抗电迁移特性
Al
Cu
c接触材料
良好的金属/半导体接触特性(好的界面性和稳定性,接触电阻小,在半导体材料中的扩散系数小)
后续加工工序中的稳定性;
保证器件不失效
Al
硅化物(PtSi、CoSi)
集成电路对金属化材料特性的要求:
晶格结构和外延生长的影响(薄膜的晶格结构决定其特性)
电学特性电阻率、TCR、功函数、肖特基势垒高度等
机械特性、热力学特性以及化学特性
Al的优点:
电阻率低
与n+,p+硅或多晶硅能形成低阻的欧姆接触
与硅和BPSG有良好的附着性
易于淀积和刻蚀
故成为最常用互连金属材料
金属铝膜的制备方法(PVD):
真空蒸发法(电子束蒸发)
利用高压加速并聚焦的电子束加热蒸发源使之蒸发淀积在硅片表面
溅射法
射频、磁控溅射
污染小,淀积速率快,均匀性,台阶覆盖性好
二二极管的制作
1.工艺流程
氧化生长:
氧化炉炉管预热到600℃之后,将载有N型衬底的硅片的石英舟中按照一定速度慢慢推进炉管后,炉管加热升温至1200℃,并且炉管中通入O2,氧化一般采用干氧+湿氧+干氧氧化的方式。
在水汽发生装置的瓶中装入不超过2/3的纯水,将其加热到100℃纯水沸腾,利用O2将水蒸汽携带或者直接进入炉管中。
经过大约一定时间(视情况而定)氧化后,炉管内慢慢降低至600℃后,将石英舟慢慢拉出。
待硅片自然冷却后,利用膜厚测试仪测试硅片表面氧化层的厚度。
光刻窗口:
涂胶
涂胶是在SVG 8000/8626涂胶机上进行(非真空),目前采用的光刻胶的粘度主要有有30、60、100mPas以及PW-1500等,一到四次光刻光刻胶一般采用负胶,类型有OMR 83环化光刻胶、HTR-80环化光刻胶、HTR 3-50、HTR 3-100光刻胶等,而钝化层光刻采用聚酰亚胺光刻胶,它是正胶(也有部分聚酰亚胺负胶,但是很少用),涂胶的具体步骤为:
1、上料; 2、传送; 3、预旋转:
硅片旋转甩掉表面的脏物; 4、停止旋转,滴胶; 5、推胶:
硅片旋转将胶慢慢涂布满整个硅片的表面;
6、匀胶:
将将胶涂匀在表面,光刻胶粘度越大,转速越高,这样得到的膜更均匀;
曝光
从烘箱内取出硅片让其冷却至室温。
双面TVS将硅片置于曝光夹具的玻璃光刻板之间,并夹紧;单面TVS
将硅片置于曝光夹具的玻璃板上,再扣下胶片光刻板,开真空阀将其吸牢。
将曝光夹具推入曝光机中心,按下开关,开始曝光,完毕后退出。
曝
光条件看是实际情况而定。
曝光结束,松开吸片真空并将硅片放入到载片盒中。
显影
找开显影缸盖。
用载片盒手柄将曝光好的硅片放入显影缸中显影,并计好时间。
注意:
显影时应来回晃动载片盒数次。
显影后将硅片晾干,然后放入坚膜烘箱内坚膜30分钟。
显影完的硅片需要检查外观,如有显影不良,则不良硅片通知工程人员处理。
腐蚀
在二氧化硅腐蚀清洗机中进行,腐蚀液是由HF、NH4F、与H2O按一定比例配成的缓冲溶液。
腐蚀温度一定时,腐蚀速率取决于腐蚀液的配比和SiO2掺杂情况。
掺磷浓度越高,腐蚀越快,掺硼则相反。
SiO2腐蚀速率对温度最敏感,温度越高,腐蚀越快。
具体步骤为:
1、将装有待腐蚀硅片的片架放入浸润剂(FUJI FILM DRIWEL)中浸泡10—15S,上下晃动,浸润剂(FUJI FILM DRIWEL)的作用是减小硅片的表面张力,使得腐蚀液更容易和二氧化硅层接触,从而达到充分腐蚀;
2、将片架放入装有二氧化硅腐蚀液(氟化铵溶液)的槽中浸泡,上下晃动片架使得二氧化硅腐蚀更充分,腐蚀时间可以调整,直到二氧化硅腐蚀干净为止;
3、冲纯水; 4、甩干
去胶
等离子体干法去胶:
用HDK-2型等离子刻蚀去胶机去胶,在去胶机内通入刻蚀气体O2。
等离子体内的活化氧使有机物在(50—100)℃下很快氧化,生成CO2、CO、H2O等挥发性成份,从而达到去胶目的。
去胶后检查:
1、有残胶——再去胶; 2、有残液——再清洗;
3、有残迹——用1号液清洗; 4、窗口有二氧化硅或铝残留。
P型扩散
预淀积
扩散炉炉管预热到1000℃之后,将载有硅片的石英舟中按照一定速度慢慢推进炉管后,炉管加热升温至1200℃,并且炉管中通入O2和N2,P型扩散采用氮化硼作为扩散源,利用N2携带的方式进入炉管,并且源温控制在(20±1)℃。
经过大约(110±10)min(视情况而定,通入氮化硼时间)预淀积后,炉管内慢慢降低至1000℃后,将石英舟慢慢拉出。
待硅片自然冷却后,需要测试预淀积硅片表面的电阻率。
电阻率的测试是利用陪片,首先用40%的HF溶液将陪片腐蚀,然后冲水后烘干,再利用四探针测试仪测试陪片表面电阻率。
预淀积后硅片表面的电阻率要求控制在一定范围,如果电阻率大于范围值,需要减少预淀积时间,如果电阻率小于范围值,需要再进行预淀积。
再扩散
主扩散是利用碳化硅舟进行,将硅片依次紧靠放入碳化硅舟中,硅片与硅片之间以及舟底都要撒上二氧化硅粉,以免高温扩散时硅片粘结在一起,两端用碳化硅挡板挡好。
将扩散炉炉管预热到800℃之后,将载有硅片的碳化硅舟中按照一定速度慢慢推进炉管后,炉管加热升温至1286℃,经过大约200小时(视情况而定)扩散后,炉管内慢慢降低至800℃后,将舟慢慢拉出。
待硅片自然冷却后,需要测试硅片表面的参数:
1)电阻率:
利用四探针测试仪测试;
2)结深:
在结深测试仪上利用微细刚玉粉将硅片的边缘磨出一个斜面,并且用溶剂对扩散区域进行染色,利用显微镜可以测出斜面染色区域的长度和斜面长度以及硅片厚度,根据三角形相似的方法可以求出结深。
3)表面:
检验硅片的翘曲、沾污等。
光刻接触孔
光刻接触孔步骤还是同光刻窗口,只不过是在曝光时所用版图不同。
步骤如下:
涂胶,烘干,曝光,显影,腐蚀,烘干,去胶。
金属淀积
金属层的形成主要采用物理汽相沉积(Pysical Vapor Deposition,简称PVD)技术,主要有两种PVD技术:
蒸发和溅射。
蒸发是通过把被蒸镀物体加热,利用被蒸镀物在高温(接近其熔点)时的饱和蒸汽压,来进行薄膜沉积的;而溅射是利用等离子体中的离子,对被溅射物体电极(也就是离子的靶)进行轰击,使汽相等离子体内具有被溅镀物的粒子(如原子),这些粒子沉积到硅片上就形成了薄膜。
铝是用于互连的最主要的材料之一,因为铝的价格相对低廉,并且铝能够很容易和二氧化硅反应形成氧化铝,这促进了二氧化硅和铝之间的粘附性。
在生产中采用电子束蒸发工艺淀积铝膜,大致步
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