资料分享 | MEMS工艺——半导体制造技术【004期】

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MEMS工艺——半导体制造技术

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主要内容

Ø掺杂技术、退火技术Ø表面薄膜制造技术Ø光刻技术Ø金属化技术Ø刻蚀技术Ø净化与清洗Ø接触与互连Ø键合、装配和封装

集成电路制造过程

掺杂与退火

掺杂定义：就是用人为的方法，将所需的杂质（如磷、硼等），以一定的方式掺入到半导体基片规定的区域内，并达到规定的数量和符合要求的分布，以达到改变材料电学性质、制作PN结、集成电路的电阻器、互联线的目的。
掺杂的主要形式：注入和扩散退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可以称为退火。目的：激活杂质、消除损伤、结构释放后消除残余应力退火方式：炉退火、快速退火

1.扩散工艺

定义：在一定温度下杂质原子具有一定能量，能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。

形式：替代式扩散和间隙式扩散、恒定表面浓度扩散和再分布扩散

替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：

• Ⅲ、Ⅴ族元素

• 一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行

• 磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层

间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：

• Na、K、Fe、Cu、Au 等元素

• 扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级

扩散工艺主要参数

结深：当用与衬底导电类型相反的杂质进行扩散时，在硅片内扩散杂质浓度与衬底原有杂质浓度相等的地方就形成了pn结，结距扩散表面的距离叫结深。薄层电阻Rs（方块电阻）表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。扩散的适用数学模型是Fick定律式中：F为掺入量、D为扩散率、N每单位基底体积中掺入浓度扩散方式

• 液态源扩散：利用保护气体携带杂质蒸汽进入反应室，在高温下分解并与硅表面发生反应，产生杂质原子，杂质原子向硅内部扩散。

• 固态源扩散：固态源在高温下汽化、活化后与硅表面反应，杂质分子进入硅表面并向内部扩散。

液态源扩散

硼B

• 扩散源：硼酸三甲酯，硼酸三丙酯等

• 扩散原理：硼酸三甲酯500°C分解后与硅反应，在硅片表面形成硼硅玻璃，硼原子继续向内部扩散，形成扩散层。

• 扩散系统：N2气源、纯化、扩散源、扩散炉
• 扩散工艺：预沉积，去BSG，再分布
• 工艺条件对扩散结果的影响
• 气体流量、杂质源、温度

磷P

• 扩散源：POCl3，PCl3，PBr3等

• 扩散原理：三氯氧磷600°C分解后与硅反应，在硅片表面形成磷硅玻璃，磷原子继续向内部扩散，形成扩散层。

• 扩散系统：O2和N2气源、纯化、扩散源、源冷却系统、扩散炉

• 扩散工艺：预沉积，去PSG，再分布

固态源扩散

箱法B扩散：B2O3或BN源，石英密封箱

片状BN扩散：氧气活化，氮气保护，石英管和石英舟，预沉积和再分布片状P扩散：扩散源为偏磷酸铝和焦磷酸硅固-固扩散（乳胶源扩散）

扩散炉

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