从晶圆到IC(氧化与扩散工艺、掩模与刻蚀工艺)在线视频

前边我们讲的

是半导体材料

它的工作原理呀

单晶是怎么制作的

现在从这一节开始

我们就看从晶圆到IC

它是怎么一步一步的制造成的

我们现在那么我们先看看

我们知道要

实际上大规模集成电路

说起来无非是一个是制作图形

一个是制作图形

你得需要图形吧

图形是个很广义的概念

半导体需要图形

金属需要图形 绝缘层需要图形

第一个是制作图形

第二个的话要形成pn结

要有各种结合

你形成图形以后

有了各种结合

才按照你的要求来工作

我们知道前边讲

什么叫集成电路

集成电路首先它有一定

电路功能的一个器件嘛

一个微结构 一个器件

一个微结构 一个器件

它要通过一定的工艺

把里边所需要的电阻电感电容

制作一个什么

一个一小片

或者多片的晶片

或者是什么 绝缘的极片上

它完成整个的电路功能

集成电路是这样

它要做成一个微结构

微结构怎么做

第一条必须得做出图形来

国外把东西叫做掩模工艺

注意掩模不是mask

是masking 它是个动名词

首先要制作图形 制作图形

那么制作图形

采取的方法是什么

就是典型的就是光刻嘛

典型的就是光刻

要实现光刻

我们看到首先要甩胶

制作光刻胶

在样品的表面

在器件的表面

硅圆片的表面要制作光刻胶

要光刻胶经过光刻

制造出所需要的图形来

图形是光刻胶的图形

那么依照光刻胶的图形

再经过湿法刻蚀

或者干法刻蚀

制作我们所需要的材料的图形

材料的图形

那么首先第一步的话

是要在硅圆片表面要涂胶

这是涂胶机 涂胶机

那么从图上

喷嘴是光刻胶

光刻胶可以是滴下来

也可以是喷射下来

要甩胶 一甩胶的话

就形成了一个均匀的光刻胶

均匀的光刻胶

光刻胶要对光刻胶进行显影

对光刻胶进行光刻

我们知道光刻

有正光刻胶 有负光刻胶

什么叫正光刻胶

曝光以后很容易去掉

经过曝光部分容易显影

这就叫正光刻胶

负光刻胶是什么

曝光的去不掉

所以你有了光刻胶以后

无论是正光刻胶

还是负光刻胶

经过曝光以后一刻蚀

都形成我们所需要的图形

那么这个图的讲的是

是滴下来的

是喷射下来的

好 我们知道

做一个集成电路

做一个图形

要经过很多道工序

哪些工序我们看到

起码得八到十道

首先你要先要成膜

成完膜以后的话

要旋转涂胶

涂完胶以后育培

把光刻胶固定

光刻胶固定以后的话要曝光

要曝光那就经过掩模了

经过所需要的光源

通过掩模

对光刻胶进行曝光

光以后因为曝光系统的话

可能在边缘上有一些个什么

有一些个什么锯齿

或者是不太规范的地方的话

要进行烘焙

把曝光以后要进行烘焙

烘焙完了以后显影

显完影了以后坚膜烘焙

烘焙完了以后

要要显影检查 显影检查

注意 首先要曝光显影

这出来图形了

图形完了以后的话还要固晶

最后要检查

所有制作一个图形

就会需要8到10道工序

我们知道如果是做一个集成电路

需要十个图形

或者是几十个图形

几十道工序

每道工序乘以8到10

你可以看到

整个的一个硅圆片

最后要做成晶片以后的话

要经过几百道工序

几百道工序

几百道工序以后

做出来个那晶片

晶片经过划片裂片以后

再封装 最后成为器件

我们上次讲了

因为经过几百道工序

如果哪道工序出一点问题

造成的良率 成品率低的话

对于整个的生产

影响会很大

你价钱就上去了嘛

竞争力就低了嘛

所以每一道工序

都要仔细 小心 谨慎

都要保证质量

那么下边的话

我就讲讲一个典型的CMOS器件

注意CMOS器件

经过哪些道工序

从硅圆片 从晶圆开始

经过哪些道工序以后

才能变成我们所需要的器件

这里边图里边讲的

按照顺序来讲的

我们首先看

得到一个硅圆片

表面的话要长上氧化硅

要长上氮化硅

长上氧化硅 长上氮化硅

注意 氧化硅是绝缘用的

氮化硅它有一定的

你介电常数比较大吧

有一定的介电作用

介电常数比它要高

注意 首先在这上边

要长上氧化硅 或者氮化硅

氧化硅 氮化硅是怎么长的

是把这硅圆片 因为它是硅嘛

抛光了以后

在水蒸气或者是在氧气气氛当中

经过热氧化

就可以很均匀的长上一层氧化硅

再在一定的气氛当中

长出氮化硅出来

长出氮化硅出来以后

第三步要进行光刻

注意 要进行光刻

首先要有掩模

上边叫做掩模 叫做mask

mask需要曝光的地方开了孔

这就曝光了

不需要曝光的地方的话

有落图形式 黑落的

它过不来

所以一曝光经过掩模

涂上光刻胶以后

一经过掩模你看看这就曝光了

这一曝光了以后

用的是正光刻胶

那么曝光的部分就取消掉了

注意 白的是光刻胶

底下还是图形

那么下边要进行刻蚀了

不同的材料

采用不同的刻蚀液

我刚才讲了是氮化硅呀

或者是什么 或者是氧化硅

这都属于无机硅酸盐

或者氮化物什么

有特定的刻蚀液

经过一刻蚀 注意

就把它刻蚀掉了

刻蚀掉了以后的话

还要对硅进行刻蚀

浅型沟道隔离

为什么要沟道隔离

注意 你看

对这个地方要有用的

要对这两个器件进行隔离

怎么隔离法 注意看

这是白的都是光刻胶

有了光刻胶以后的话

我对取消掉了

我还要刻蚀 刻蚀一段的话

我要长入氧化硅

这个地方不要有氮化硅注意

我光长氧化硅

底下是氧化硅

上边是氮化硅

我这取消一段的话

这里边不要有氮化硅

我光要氮化硅

我再埋入什么 氧化硅膜

一埋入氧化硅埋 你看

就隔离开了

用什么隔离的

用氧化硅 氧化硅 氧化硅

我做文章将来在这里边做

在这里边做 好了

下边的话我就要做

做所谓的n阱p阱了

因为我硅圆片是p形的硅

是p形的硅

我这里边p形的硅就保留着

p形硅的话做n沟道

我n形硅里以后

我要想办法我做个什么

做个n阱 做个n阱怎么做

注入离子注入磷 磷是5价的

这里边的话 注意

我要做的话这边是n沟道

这边是p沟道

下边的话我要做栅氧化膜

栅氧化膜怎么办

在这上边再长出二氧化硅来

再长出二氧化硅以后

在上边长多晶硅

在上边长多晶硅

长多晶硅以后继续光刻

涂光刻胶 刻蚀

刻蚀出来以后的话

在多晶硅上 注意

搞出一个栅极来 栅极了

我们知道CMOS

MOS器件 MOS器件

它本身肯定有一个源 栅 漏 源 栅 漏

都要制作源 栅 漏 源 栅 漏

CMOS器件的话

一个是n阱 一个是p阱

一个是n阱 一个是p阱

这个是COMS 注意

它制作过程当中

首先经过光刻以后

制作出栅极来

栅极是个多晶硅的栅极

注意多晶硅的栅极

多晶硅栅极的话

再做光刻胶 注意

制作光刻胶 制作光刻胶

光刻胶把这边掩盖

把p沟道这边给它掩盖住

然后里边的话注入磷 注入磷

光刻胶它也注入磷了

器件上也注入磷了

光刻胶注入磷了

因为注入深度很浅

注入的光刻胶以后

把光刻胶取消掉

这不就什么也没注入

那么这边的话注入的磷

注入的磷以后的话 你看看

栅极它这个地方

有作为一个掩模

注的过程当中

只不过是在多晶硅里边

注意 多晶硅里边

形成了n型区

这是n型区 这是n型区

这是n型区

n型区干什么用的

这个做源用的

这个做漏用的 这个做栅用的

注意 开始有了雏形了

注意 是n型区做源用的

这个是做漏用的

这个是做栅用的 好了

先注入什么 注入磷

那么注入到这一关以后

再做光刻胶 这边涂光刻胶

这边的话不涂 注意

这边涂光刻胶 这边不涂

做硼离子注入 三价的了

做三价的一注入以后

注意这边注入光刻胶

里边把光刻胶去掉

什么也没注入

这边的话注入的是什么 硼

这目的要形成p型

在n阱里边形成p型

是p阱里边

p型硅里边的话做成n型

好了 做完了以后 注意

做完了以后的话做栅氧化膜

再做栅氧化膜

做了栅氧化膜再刻蚀

刻蚀完了以后形成侧壁

都形成侧壁

形成侧壁以后再来深注入

一深注入以后的话

这个就是重掺杂

这个是重掺杂 重掺杂 重掺杂

这个的话一注入

你看地方的话

就是说它要沟道

沟道要做的很浅 浅沟道

这个是源极 这个是漏极

这个是浅沟道 注意

我做这个东西都是有用意的

这边又是光刻胶

这边也不起作用

那下边再涂上光刻胶

做p沟道去 做p沟道

因为这边已经做成了

涂上光刻胶以后一注入硼了

这边注入到光刻胶里边

取消光刻胶等于是没有

然后在这边做

在这边做的话就是做p型区了

p型区完了以后

做钴层

做钴层目的是什么

防止扩散用的

这是钴层 这都有钴层

注意 都有钴层

都有钴层 钴层钴层钴层

然后做硅氧化膜

做硅氧化膜

做了硅氧化膜以后

注意大家伙看

这是钴层 这是钴层

硅氧化膜

硅氧化膜完了以后

硅氧化膜当然是绝缘用的了

然后开孔 开孔

注意 开孔在硅氧化膜上开孔

开孔的目的是什么

注意 这个孔连着源

这个孔连着栅 这个孔连着漏

这个孔连着源 这个孔连着栅

这个孔连着漏 注意

然后的话在这里边填钨

为什么要填钨

因为钨的熔点很高

将来使什么

使那个金属层

不容易发生扩散

跟半导体发生扩散 注意

往里填钨 填完了钨以后的话

再给它曝光平了

曝光平了以后

你看它钨在这里边了

钨在这里边 钨在这里边

钨 钨在里边 钨在里边

把这个叫做钨塞

把这个叫做钨塞

注意 这里边制作的过程当中

这个地方是钴

上边的话填了钨塞

填了钨塞 填了钨塞

中间是硅氧化膜

你看MOS器件的雏形

基本上有了

MOS器件的雏形基本上有了

中间这是沟道层

多晶硅的沟道层

这边的话是重掺杂的n形

那么这边的话

是把电极引出去

这边是源 栅 漏 源 栅 漏

好 那下边的话

往里要沉积氮化物的隔离层

氮化物的隔离层

注意氮化物的隔离层

为什么氮化物的隔离层

因为早期用的铝膜

铝膜在温度以下的话

它就会扩散

一扩散会产生问题

要有了氮化钛的膜以后的话

就是防止扩散用的 氮化硅膜

然后

就在布线了

注意要布线了

布线 你看第一层布线层

布线 布线完了以后

层间绝缘膜

层间绝缘膜以后的话

给它

给它在绝缘膜

再给它弄出开孔来

弄出开孔来以后的话

在开孔

为的是沉积金属的

沉积金属的

然后做第二个绝缘层

再第三个绝缘层

最后就得到了什么

表面的钝化层

表面的钝化层

这个时候

一个器件就完成了

我们按照器件是

它由什么

所决定

首先它是一个氧化物隔离

把它

把n形和p形的进行隔离

n形和p形

都是一个场效应管

所谓场效应管

一个是源极 栅极 漏极

这边是源极 栅极 漏极

那么源极 栅极 漏极

都得金属线引出来

都得金属线引出来

它好跟外边说话呀

都得给外边金属线引出来

这三者是绝缘的

三者是绝缘的

最关键的地方的话

就是场效应管地方沟道

沟道

沟道两边的话 要你

你源和漏嘛

你要通过电流

通过电流

最关键的地方是沟道

控制的话

是栅极控制

源 漏 通过沟道进行控制

为了是把线引出来

在工作当中减少扩散

为了实现它的高可靠度

在里边采取了很多措施

比方这是钨层

这是钴层

这是钨塞

这是钨塞

这是钨塞

那个外边的话

还有氮化钛的层

中间

这是铝层 铝层 铝层

这是个铝层

我们最外边的还有一个钝化层

上边这是

这是金属线了

所以那个

那个CMOS器件

最典型的CMOS器件

完全是由谁

用哪些工序所制作的

首先制作图形

然后想办法做pn阱出来

实现p型 实现n型

实现pn结

都是通过铸钨的办法

它要经过氧化 扩散 注入

光刻等等这道工序

这多道工序来形成器件

你随着集成度的提高

我们知道真正的那个集成电路

表征它的产业化水平的

叫做什么

叫做特征线宽和设计标准

所谓的特征线宽设计标准

指的是谁

指的是沟道长度

注意沟道长度

早期微米 亚微米 深亚微米

到了190纳米 130纳米

90纳米 60纳米

30几纳米到24纳米

现在到14 16纳米

最后到7纳米 5纳米等等这些

指的是谁

指的是沟道长度

沟道长度

沟道长度的话

跟深度也在同一个数量级

都指的沟道长度

你看工艺难度有多大

我们提高它的集成度

提高集成度 提高集成度

只要它

我们要要求它窄

所有这些的话

都要得窄

都得往小的方向走

它的方向走不光密度提高了

面积还缩小了

面积缩小了

它的性能还提高了

集成电路

我们可以看到

它的制作工程过程

因为我们本身是

讲的是创新材料学

创新材料学

我们就讲制作器件当中

用哪些器件

要半导体 要掺杂

要钨塞 要钴膜

氮化物膜都起什么作用

分别在什么位置上

怎么一道一道的工序制造来的

希望同学们认真看图