硅片表面均热性好
产量高
能实现急冷急热
不容易受到硅片自重 便于控制加工环境
应力的影响
缺点
容易受到硅片自重应 力的影响
有大气混入 容易导致硅片面内热 分布不均
室温不明确 设备贵 加工能力低 热应力大
40
圆片所受的应力
划线
硅片
硅片自重产生应力 （立式炉）
硅片支撑
加热、冷却产生应力
却 冷 热 加
受到应力
自重集中于一点，产生应力， 高温时容易产生缺陷
49
ALD (原子层沉积)
薄膜、高介电膜的形成技术
原料气体 惰性气体 氧化气体 惰性气体
表面上吸附原料 气体
生 由惰性气体替换 成 不要的原料气体 单
层 原料原子的氧化 膜
由惰性气体替换 氧化气体
可以利用重叠的方式来控制原子层, 从而成膜
可以实现不同膜的重叠
50
扩散
扩散就是由于浓度梯度的驱动,形成的原子移动
产生水分,加大氧化速度
Na ： 导致MOS结构的特性不稳定 （不好影响）
以此形式向Si-SiO2界面移动
利用催化作用加快氧化反应
33
可动离子的影响(MOS结构特性的不稳定性)
等同于加在MOS结构上
氧化膜
存在于氧化膜里的电荷 设存在于氧化膜中的电荷为Qion,那么
就算氧化膜中的总电荷不 变,仅仅是分布变化,离子 也会发生变化
洗净 CMP
刻蚀 干刻 湿刻 去胶机
离子注入
掩膜版20张
光刻
涂胶 显影 溅射 SEM
光刻胶
5
6
《半导体制造》
第二章
扩散 注入
Semiconductor Manufacturing Basic
扩散 注入
半导体是什么？
电阻
良导体(金属） 柔软、不透明、重
半导体 拥有与导体不同的 奇妙特性 绝缘体 硬、脆、透明、轻
NH4OH的浓度淡化 (0.15:1:5)
从前的RCA清洗 SPM→(HF)→APM→HPM→HF
由于把HF放到最后,会产生重金属二次污染、尘埃、水渍等问题， 因此人们更倾向于不把HF放到最后。
关于新式组合清洗的效果及其产出效率，人们还在研究当中。
45
介质膜的可靠性评价
固定电压DDB
通过改变测试电压和 测试温度，来调查电 加速和温度加速，从 而预测实际使用寿命
栅绝缘膜
26
氧化
物质在氧气(或含氧气体)和热的 环境下形成氧化物的过程
Deal－Grove模型
扩散
D: 扩散系数 k：反应速度常数 Ci：氧化膜－硅界面的氧化剂浓度 Xo：氧化膜厚
氧化膜单位体积含有 的氧化剂分子数 Xo2＋AXo＝B(t＋τ) （Linear-Parabolic方程式）
27
28
Linear-Parabolic方程式计算结果与实验结果的比较
初期破坏区域
真性破坏 (磨耗区域)
46
介质膜厚度(nm)
介质膜膜厚趋势图
近年介质膜的趋势
栅介质膜
电容介质膜 沟道氧化膜
设计规则(μm)
ε
C= --- S d
C:电容 ε:介电常数 d:膜厚 S:面积
要在小面积上得到大电容面积 → 减小d,或者加大ε
为了有效控制漏电,需要加厚d → 使用介电常数大的材料
等同于加在MOS结构上 电容 偏移量为Vion
加到氧化膜上的电导致电 荷分布发生变化的话,电 压-电容特性会沿着电压 轴变化,这是MOSFET特性 不稳定的原因
电压
34
BT处理
在电场中移动的离子叫可动离子,Na、K等碱性离子就属于这一类 BT（Bias-Temperature）处理 人们将可动离子用做检测手段
第一章
半导体器件制造
Semiconductor Manufacturing Basic
半导体器件制造
流程图 (1) 流程图 (2) 圆片工艺 (1) 圆片工艺 (2)
1
半导体器件制造
半导体器件的制造
设计 制版 圆片工艺 封装与测试 出货
2
流程图 (1)
分离
多层布线
井
栅
源漏
圆片工艺 (1)
洗净
分离氧化膜 形成图形 光刻胶
氧化 栅氧化膜
刻蚀
多晶硅膜形成 多晶硅膜
剥离
流程图 (2)
CMOS逻辑器件流程图例
前工序 后工序
分离 n型井 p型井 栅 n型源漏（1） p型源漏（1） n型源漏（2） p型源漏（2）
接触孔 布线1 通孔1 布线2 通孔2 布线3 钝化
3
4
圆片工艺 (2)
成膜 氧化，扩散 减压CVD 溅射 等离子CVD
A:电极面积 F:不良率
44
入炉前酸洗
药液 H2SO4/H2O2(SPM) HF/H2O
NH4OH/H2O2/H2O(APM)
HCl/H2O2/H2O(HPM)
混合比 清洗对象
4:1
有机物
1:100 自然氧化膜, 金属杂质
1:1:5 尘埃,有机物
1:1:6 金属杂质
最新研究
离子清洗(O3-H2O)
添加离子 添加界面活性物
半导体工艺基础
Semiconductor Manufacturing Basic
1958年，世界第一块集成电路在TI诞生。而今的集成电路的强大功能已今非昔 比, 45nm、32nm制造工艺的复杂性已让很多公司望而却步。
今天，《半导体制造》杂志与您一起温习半导体制造的基础知识，为中国半导 体技术的进步而添砖加瓦。
扩散 注入
干氧和湿氧
干氧: 干燥氧气中的氧化 生成薄氧化膜时利用
湿氧: 水蒸汽中的氧化
利用氢和氧反应生成 的水蒸汽来达到氧化 目的
干燥氧气中氧化速度 快,生成厚膜时常用 此法
氧化厚度(um)
干氧和湿氧的氧化速度比较
氧化时间(hr)
31
LOCOS氧化和Trench分离
LOCOS的形成方法 硅氮化膜 Pad氧化膜
栅电极的 控制领域
漏电压的 影响范围
漏电压的影响强， 栅下是耗尽状态范围
栅电极不能 控制衬底电 压的情况
这种现象称 为短沟效应
给栅加压就会,空泛层扩大, 能形成反转
极小的栅电压就会形成电流
25
三维结构的晶体管
俯视图 漏耗尽层
栅
源/漏
源/漏
通道深度
从两侧控 制栅电极
栅长
高度决定了通道深度，高度越高,电 流越大同时,不增加晶体管的面积
无规则运动
无规则运动
真性半导体：完全不含 外因性半导体：含Ⅲ族或 杂质原子的半导体 Ⅴ族杂质元素的半导体
低温 原子的振动
电子无规则运动
结果,载流子的移动度 变小,电阻上升
共价电子逸出晶体的同时产生 了电子－空穴对，既载流子。
本征半导体的电子密度n等于空 穴密度p
n=p=ni (ni:本征载流子密度)
43
介质膜的可靠性评价 (TZDB)
mode(<1MV/cm): 表面尘埃等导致的针孔缺陷 mode(1～8MV/cm): 依赖于基板的结晶性 mode(>8MV/cm): 真性破坏（良品）
热氧化介质膜的破坏耐压直方图典型举例 [山部纪久夫：第22届半导体专业讲习会草稿集(1984)]
氧化膜缺陷密度(ρ )
7
半导体的主要特性
半导体
电 阻
金属
低
(a) 电阻的温度相关性
光
半导体
电 阻
金属
杂质浓度
(b) 电阻的杂质浓度相关性 电流
(c) 受光后电阻减小 (光电效应)
起电
(d) 接触磁体就会产生电压 (霍尔效应)
8
载流子与空穴
载流子是晶体中荷载电流(或传导电流)的粒子。 带负电荷的电子（电子） 带正电荷的空穴
氧化膜的形成方法
氧化法
高温氧化
Linear-Parabolic方程式计算结果 与实验结果的比较
薄氧化膜的情形 厚氧化膜的情形
低温氧化 高压氧化 低压氧化 阳极氧化
29
《半导体制造》
干氧
湿氧
分压氧化
等离子氧化 高压水蒸气
干氧气氧化 HCl氧化 蒸汽氧化 高热氧化
Radical氧化
30
Semiconductor Manufacturing Basic
当前部分介质膜的介电常数
介电常数
硅氧化膜
4
硅氮化膜
7
氧化钽
25
硅氧化铪
25
47
48
《半导体制造》
Semiconductor Manufacturing Basic
扩散 注入
新型介质膜的生成技术
放电电极 等离子氧化
低压氧化
等离子放电 圆片
表面原子团反应 圆片
优点 ● 形状依赖性变小
(平内、STI角、硅多晶、溅射台下部电极等处都实现均匀氧化) ● 实现SiN的氧化(形成氮氧化膜) ● 介质膜特性得到改善(界面顺序,介质破坏寿命)
11
《半导体制造》
掺杂P，就多出 一个电子，即 传导电子，此 时的P称为施主 杂质。
掺杂B，就缺少 一个电子，可 以等同于产生 一个空穴，此 时的B称为受主 杂质。
12
Semiconductor Manufacturing Basic
扩散 注入
载流子的产生
跳跃
可移动的领域 矮墙
高墙
阶梯
自己的房间
电压超过一定值， 才有电流产生
n+p 二极管电流电压特性
19
MOS晶体管的工作
扩散 注入