真空真空1壓力范圍初真空0.1Torr-760Torr中真空10-4Torr-10-1Torr高真空10-8Torr-10-4Torr超高真空<10-8Torr壓力范圍初真空0.1Torr-760Torr2初真空泵初真空泵均涉及通過活塞/葉片/柱塞/隔膜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)將氣體正向移位的過程。所有初真空泵都包括三個(gè)步驟：捕捉一定體積的氣體、對(duì)捕捉的氣體進(jìn)行壓縮、排除氣體。初真空泵初真空泵均涉及通過活塞/葉片/柱塞/隔膜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)將3高真空泵高真空泵分為兩類：一類是轉(zhuǎn)移動(dòng)量給氣體分子而抽吸氣體；另一類是俘獲氣體分子。常用的動(dòng)量轉(zhuǎn)移類型泵有擴(kuò)散泵和分子泵。常用的氣體吸附泵有低溫泵、吸氣泵、鈦升華泵和濺射離子泵。高真空泵高真空泵分為兩類：一類是轉(zhuǎn)移動(dòng)量給氣體分子而抽吸氣體4OilDiffusionPumpOilDiffusionPump5TURBOPUMPTURBOPUMP6CRYOPUMPCRYOPUMP7等離子體(plasma)等離子體是一種中性、高能量、離子化的氣體，包含中性原子或分子、帶電離子和自由電子。俗稱物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體(plasma)等離子體是一種中性、高能量、離子化的8等離子體的產(chǎn)生在電弧被激發(fā)前，氣體作為絕緣體而不會(huì)有電流產(chǎn)生。考慮等離子體形成時(shí)所發(fā)生的情況，如果高壓足夠高，反映腔內(nèi)的電場(chǎng)高于氣體裂解所需電場(chǎng)，在兩個(gè)電極間就會(huì)產(chǎn)生高壓電弧，這個(gè)電弧會(huì)產(chǎn)生大量的離子和自由電子。由于腔內(nèi)電場(chǎng)的作用，電子被加速移向正的陽極，同時(shí)離子被加速移向負(fù)的陰極，由等離子體的產(chǎn)生在電弧被激發(fā)前，氣體作為絕緣體而不會(huì)有電流產(chǎn)生9等離子體的產(chǎn)生于電子的質(zhì)量很小，電子會(huì)比緩慢移動(dòng)的離子加速快得多。且離子穿越放電區(qū)并最終打在陰極上，當(dāng)它們打在陰極上時(shí)，就會(huì)從陰極的材料中釋放出大量的二次電子，這些電子向相反方向加速?zèng)_向陽極，如果在電極之間的電壓足夠大，這些高能量電子和中性原子的非彈性碰撞將產(chǎn)生出更多的離子，這個(gè)二次電子的釋放和離子的產(chǎn)生過程維持了等離子體。等離子體的產(chǎn)生于電子的質(zhì)量很小，電子會(huì)比緩慢移動(dòng)的離子10輝光放電術(shù)語“輝光放電”是指發(fā)光是由等離子體產(chǎn)生。當(dāng)一個(gè)被激發(fā)的原子或分子的電子返回到基態(tài)的時(shí)候，它以可見光輻射的形式釋放出能量，由此產(chǎn)生了輝光放電中的光。輝光放電術(shù)語“輝光放電”是指發(fā)光是由等離子體產(chǎn)生。當(dāng)一個(gè)被激11輝光放電輝光放電12輝光的產(chǎn)生輝光的產(chǎn)生13射頻放電在許多情況下，在一個(gè)或多個(gè)電極上的材料是絕緣的，暴露在硅片表面的材料，光刻膠和氧化層都是絕緣體，當(dāng)離子轟擊硅片表面時(shí)，會(huì)發(fā)射出二次電子，使這些層充滿電荷。電荷積聚在表面，使電場(chǎng)減少，直到等離子體最終消失。為解決這個(gè)問題，等離子體可以用交流信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，一般為13.56MHz。射頻放電在許多情況下，在一個(gè)或多個(gè)電極上的材料是絕緣的，暴露14物理氣相淀積(PVD)具有一定能量的入射離子(Ar+)在對(duì)固體表面轟擊時(shí)，入射離子在與固體表面原子的碰撞過程中將發(fā)生能量和動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，并可將固體表面的原子濺射出來，這種現(xiàn)象稱為濺射。濺射主要是一個(gè)物理過程而不是一個(gè)化學(xué)過程。物理氣相淀積(PVD)具有一定能量的入射離子(Ar+)在對(duì)固15濺射的優(yōu)點(diǎn)具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力能夠淀積高溫熔化和難熔金屬能夠在直徑200mm或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面玷污和本身的氧化層(Etch)濺射的優(yōu)點(diǎn)具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力16基本濺射過程在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負(fù)電勢(shì)的耙材料加速在加速過程中離子獲得動(dòng)能，并轟擊耙離子通過物理過程從耙上撞擊出濺射原子被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜，與耙材料比較，薄膜具有與它相同基本濺射過程在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負(fù)電勢(shì)17基本濺射過程的材料組分額外材料由真空泵抽走基本濺射過程的材料組分18真空設(shè)備原理課件19影響濺射的常見因素通入腔內(nèi)氬氣的壓力腔內(nèi)真空度濺射電流硅片溫度影響濺射的常見因素通入腔內(nèi)氬氣的壓力20濺射方法磁控濺射電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中將受到洛倫茲力的作用，若三者相互平行，則電子的運(yùn)動(dòng)軌跡仍是一條直線；電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是沿電場(chǎng)方向加速、同時(shí)繞磁場(chǎng)方向螺旋前進(jìn)。磁場(chǎng)的存在將延長(zhǎng)電子在等離子體中的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高了與原子碰撞的效率，從而也提高了原子的電離幾率，導(dǎo)致在磁控濺射中，靶上的電流密度相對(duì)于直流配置的1mA/cm2提高到濺射方法磁控濺射21濺射方法

10—100mA/cm2。因而在同樣的電流和氣壓下可以顯著地提高濺射的效率和淀積的速率。磁控濺射是應(yīng)用最廣泛的一種濺射淀積方法，因?yàn)檫@種方法淀積速率可以比其他濺射方法高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，薄膜質(zhì)量又好。這是由于磁場(chǎng)有效地提高了電子與氣體分子的碰撞幾率，因而工作氣壓可以明顯降低，而較低氣壓條件下濺射原子被散射的幾率就很小。一濺射方法10—100mA/cm2。因而在同樣的電流22濺射方法方面降低了薄膜污染的傾向，另一方面也將提高入射到硅片表面原子的能量，因而將可以在很大程度上改善薄膜的質(zhì)量。偏壓濺射為了改善薄膜的組織結(jié)構(gòu)，可以采用偏壓濺射方法。偏壓濺射就是在一般濺射設(shè)置的基礎(chǔ)上，在硅片與靶材之間施加一定大小的偏置電壓，以改變?nèi)肷涞焦杵砻娴膸щ娏Ｗ拥臄?shù)量和能量的方法。在偏壓作用下，帶電離子對(duì)表濺射方法方面降低了薄膜污染的傾向，另一方面也將提高入射23濺射方法面的轟擊可以提高淀積原子在薄膜表面的擴(kuò)散和參加化學(xué)反應(yīng)的能力，提高薄膜的密度和成膜能力，抑制柱狀晶生長(zhǎng)和細(xì)化薄膜晶粒等。濺射方法面的轟擊可以提高淀積原子在薄膜表面的擴(kuò)散和參加24蝕刻蝕刻25濕法蝕刻利用合適的化學(xué)溶液先將所欲蝕刻的材質(zhì)未被光阻覆蓋部分分解，然后轉(zhuǎn)成可溶于此溶液的化合物之后，而達(dá)到去除的目的。濕法蝕刻的進(jìn)行主要是憑借溶液與欲刻蝕材質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，因此，我們可以籍由化學(xué)溶液的選取與調(diào)配，得到適當(dāng)?shù)奈g刻速率，以及欲蝕刻材質(zhì)對(duì)光阻濕法蝕刻利用合適的化學(xué)溶液先將所欲蝕刻的材質(zhì)未被光阻覆蓋部分26濕法蝕刻及下層材質(zhì)的良好蝕刻選擇比。優(yōu)點(diǎn)：制程單純，設(shè)備簡(jiǎn)單。成本低，產(chǎn)能高。缺點(diǎn)：刻蝕是同向性的，會(huì)造成底切導(dǎo)致失真?？刂茲穹ㄎg刻的速率：1.溶液濃度2.溶液溫度濕法蝕刻及下層材質(zhì)的良好蝕刻選擇比。27同向和異向蝕刻同向和異向蝕刻28干法蝕刻利用反應(yīng)氣體在電場(chǎng)加速作用下形成的等離子體中的活性基，與被腐蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)，形成揮發(fā)物資并隨氣流帶走。干法蝕刻利用反應(yīng)氣體在電場(chǎng)加速作用下形成的等離子體中的活性基29干法蝕刻優(yōu)點(diǎn)蝕刻剖面是各向異性,具有非常好的側(cè)壁剖面控制好的CD控制最小的光刻膠脫落或黏附問題好的片內(nèi)、片間、批次間的蝕刻均勻性較低的化學(xué)制品使用和處理費(fèi)用干法蝕刻優(yōu)點(diǎn)蝕刻剖面是各向異性,具有非常好的側(cè)壁剖面控制30等離子蝕刻反應(yīng)器真空工藝腔RF電源發(fā)生器真空系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)終點(diǎn)監(jiān)測(cè)等離子蝕刻反應(yīng)器真空工藝腔31真空工藝腔-圓桶型反應(yīng)器硅片與電場(chǎng)平行放置使物理蝕刻最小。這種蝕刻具有各向同性和高選擇比的純化學(xué)過程。因?yàn)楣杵砻鏇]有物理的轟擊，所以它具有最小的等離子體誘導(dǎo)損傷。圓桶式等離子體主要用于硅片表面的去膠。真空工藝腔-圓桶型反應(yīng)器硅片與電場(chǎng)平行放置使物理蝕刻最小。這32真空工藝腔-平板反應(yīng)器硅片平放在接地電極上，等離子體在倆電極之間形成，此時(shí)晶片趨于比中間等離子體低的電位，帶電荷的反應(yīng)離子向垂直于電場(chǎng)的晶片表面運(yùn)動(dòng)，刻蝕。所以側(cè)向腐蝕小，實(shí)現(xiàn)了各向異性腐蝕，同時(shí)，兩平行板間距離調(diào)的很近，活性原子及原子團(tuán)也能起刻蝕作用，所以既有物理反應(yīng)也有化學(xué)反應(yīng)真空工藝腔-平板反應(yīng)器硅片平放在接地電極上，等離子體在倆電極33真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體在大部分區(qū)域都是一個(gè)具有高導(dǎo)電性的等勢(shì)體。但是在靠近兩個(gè)電極的區(qū)域則是一個(gè)呈高阻態(tài)的暗區(qū)。此外增大接地陽極對(duì)陰極的面積比，可以提高陰極上的直流偏置電壓，可達(dá)100V--1000V，這樣使正粒子被電場(chǎng)加速，真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體在大部分區(qū)域34真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE獲得較大的動(dòng)能，可垂直轟擊待刻蝕的晶片表面。使得刻蝕晶片具有較好的各項(xiàng)異性，同時(shí)反應(yīng)離子刻蝕氣體系統(tǒng)中那些具有高度反應(yīng)性的原子團(tuán)和活性基，又使化學(xué)反應(yīng)過程表現(xiàn)較好的腐蝕先擇比。真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE獲得較大的動(dòng)能，可垂直轟擊待刻35真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE因此，RIE在各項(xiàng)異性腐蝕及刻蝕選擇比這兩方面取得了較好的統(tǒng)一，目前已成為集成電路刻蝕的主要技術(shù)。真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE因此，RIE在各項(xiàng)異性腐蝕及刻36磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻MERIE是在傳統(tǒng)的RIE中，加上永久磁鐵和線圈，產(chǎn)生與晶片平行的磁場(chǎng)，這樣與直流偏壓產(chǎn)生的電場(chǎng)垂直，所以帶電粒子在此磁場(chǎng)作用下，將以螺旋方式移動(dòng)，這樣一來減少電子撞擊腔壁的機(jī)會(huì)，提高等離子體的密度。用磁場(chǎng)來限制等離子體以產(chǎn)生高密度等離子體并容許低壓工作，有效地磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻MERIE是在傳統(tǒng)的RI37磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)保證了蝕刻的方向性和均勻性，特別是在蝕刻高深寬比圖形時(shí)更有效。磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)保證了蝕刻的方向性和均勻性，特別是在蝕刻高38

RF電源發(fā)生器射頻頻率信號(hào)發(fā)生器（頻率合成器。激勵(lì)級(jí)）射頻電壓放大器（緩沖級(jí)）射頻功率放大器（前級(jí)放大和末級(jí)放大）射頻輸出網(wǎng)絡(luò)（匹配網(wǎng)絡(luò)）

RF電源發(fā)生器射頻頻率信號(hào)發(fā)生器（頻率合成器。激勵(lì)級(jí)）39真空工藝腔壓力一般由ThrottleValve控制真空系統(tǒng)大部分都要求具有耐腐蝕型真空工藝腔壓力一般由ThrottleValve控制40

流量控制系統(tǒng)(MFC.AFC)利用毛細(xì)管溫差傳熱量測(cè)法，測(cè)量氣體流量。將傳感器加熱電橋測(cè)得的流量信號(hào)給放大器放大，放大后的流量檢測(cè)電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，在將差值信號(hào)放大后去控制電磁閥，使之與設(shè)定值相等。

流量控制系統(tǒng)(MFC.AFC)利用毛細(xì)管溫差傳熱量測(cè)法，測(cè)41終點(diǎn)監(jiān)測(cè)干法刻蝕不像濕法刻蝕，有很高的選擇比，過度的刻蝕會(huì)損傷下一層材料，因此，蝕刻時(shí)間就必須正確無誤的掌握，另外，機(jī)臺(tái)狀態(tài)的些微變化，如氣體流量。溫度?；蚓喜牧弦慌c一批間的差異。都會(huì)影響刻蝕時(shí)間的控制，因此，必須時(shí)常檢測(cè)刻蝕速率的變化。使用終點(diǎn)偵測(cè)器的方法?？梢杂?jì)算出刻蝕結(jié)束的正確時(shí)間，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制過度終點(diǎn)監(jiān)測(cè)干法刻蝕不像濕法刻蝕，有很高的選擇比，過度的刻蝕會(huì)損42終點(diǎn)監(jiān)測(cè)刻蝕的時(shí)間，以確保多次刻蝕的再現(xiàn)性。

光譜發(fā)射是終點(diǎn)檢測(cè)中最常用的一種方法。被激發(fā)的基發(fā)射出對(duì)應(yīng)于特定材料的一定波長(zhǎng)的光。在氣體輝光放電中被激發(fā)的原子或分子所發(fā)出的光可用光發(fā)

終點(diǎn)監(jiān)測(cè)刻蝕的時(shí)間，以確保多次刻蝕的再現(xiàn)性。43終點(diǎn)監(jiān)測(cè)射譜來分析，從而鑒別出該元素。發(fā)射的光通過一個(gè)帶有允許特殊波長(zhǎng)的光通過的帶過濾器的探測(cè)器，從而鑒別出被蝕刻的材料。在等離子體中，發(fā)射光的強(qiáng)度與相關(guān)元素的相對(duì)濃度有關(guān)。根據(jù)這一點(diǎn)，終點(diǎn)檢測(cè)器能夠檢測(cè)出什么時(shí)候蝕刻材料已被刻完并進(jìn)行下層材料的蝕刻。終點(diǎn)監(jiān)測(cè)射譜來分析，從而鑒別出該元素。發(fā)射的光通過一個(gè)44離子注入離子注入45真空設(shè)備原理課件46摻雜只有當(dāng)硅中加入少量雜質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變時(shí)，硅才成為一種有用的半導(dǎo)體。這個(gè)加入少量雜質(zhì)的這個(gè)過程我們稱之為摻雜。在晶圓的制造中，有兩種方法可以向硅片中引入雜質(zhì)，就是熱擴(kuò)散和離子注入。如擴(kuò)散利用高溫驅(qū)動(dòng)雜質(zhì)穿過硅的晶格結(jié)構(gòu)，這種方法受到時(shí)間和溫度的影響。離子注入通過高壓離子轟擊把雜質(zhì)引入硅片。摻雜只有當(dāng)硅中加入少量雜質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變47離子注入的優(yōu)點(diǎn)1，精確控制雜質(zhì)含量：能在很大范圍內(nèi)精確控制注入雜質(zhì)濃度，從1010到1017ions/cm2，誤差在2%。擴(kuò)散在高濃度控制雜質(zhì)含量誤差在5%到10%以內(nèi)，但濃度越小誤差就越大。2，很好的雜質(zhì)均勻性：用掃描的方法控制雜質(zhì)的均勻性3，對(duì)雜質(zhì)穿透深度有很好的控制：通過控制注入過程中離子能量控制雜質(zhì)的穿透深度，增大了設(shè)計(jì)的靈活性，如埋層，最大雜質(zhì)濃度在埋層里，最小濃度在硅片表面。離子注入的優(yōu)點(diǎn)1，精確控制雜質(zhì)含量：能在很大范圍內(nèi)精確48離子注入的優(yōu)點(diǎn)4，產(chǎn)生單一離子束：質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒有玷污的純離子束，不同的雜質(zhì)能夠被選出進(jìn)行注入。5，低溫工藝：注入在中等溫度（小于125℃）下進(jìn)行，允許使用不同的光刻掩膜，包括光刻膠。6，注入的離子能穿過薄膜：雜質(zhì)可以通過薄膜注入，如氧化物或氮化物。7，無固濃度極限：注入雜質(zhì)含量不受硅片固濃度限制。離子注入的優(yōu)點(diǎn)4，產(chǎn)生單一離子束：質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒有49離子注入的缺點(diǎn)離子注入的主要缺點(diǎn)是高雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。大多數(shù)甚至所有的晶體損傷都能用高溫退火進(jìn)行修復(fù)。離子注入的缺點(diǎn)50離子注入機(jī)分類1，中低電流2，大電流3，高能4，氧注入機(jī)離子注入機(jī)分類51離子注入機(jī)離子注入設(shè)備主要分為以下5個(gè)部分：1，Ionsource2，extractionandAMU(analyzemagnetunit)3，acceleration4，scanassembly5，processchamber離子注入機(jī)離子注入設(shè)備主要分為以下5個(gè)部分：52真空設(shè)備原理課件53TERMINALGROUND

FILAMENTSUPPLY1000WARCSUPPLY30V-100VPREACCELLSUPPLY2KV-60KV-++-FILAMENTARCCHAMBERFreeman

Bernas

FILAMENTSUPPLY1000WARCSUPPLY30V-100VPREACCELLSUPPLY2KV-60KV-++-FILAMENTARCCHAMBER+-ElectronReflectorTERMINALFILAMENTARCSUPPL54UltraLifeTMIonSourceArcFilBias-+-+80A@7.5V2A@600V7A@150V+-FilamentCathodeAnti-CathodeUltraLifeTMIonSourceArcFilBi55真空設(shè)備原理課件56真空設(shè)備原理課件57真空設(shè)備原理課件58ArcChamberFacePlateSuppressionElectrodeGroundelectrodeFixedgap40kVBeamFocus(fixedgapVsPre-AccelVoltage)ArcChamberSuppressionGroundFi59ExtractionPowerExtractionPower60真空設(shè)備原理課件61MagneticMass/ChargeRatioIONSOURCEHeavyionLightionSelectedPreaccelerationvoltage=constantMagneticfieldintoPaper=constantMassResolvingSlit.R=radiusofionB=magneticfieldstrengthV=accelerationvoltagen=chargestate(+=1,++=2)e=1.602X10-19m=mass(AMU)MagneticMass/ChargeRatioIONH62真空設(shè)備原理課件63BeamShapeModifiersSuppressionTerminalgroundMRScross-overSourceMagnetFringeField-focusAnalyser4-11BeamShapeModifiersSuppressio64加速加速65QuadMagnet12/22/2022QuadMagnet12/18/202266beamfocusbyQ1,Q212/22/2022beamfocusbyQ1,Q212/18/202267平行掃描平行掃描68真空設(shè)備原理課件69ArcchamberGuidetubesupportArbleedFilamentstrapGuidetubeArcchamberGuidetubeArbleed70FaradayCupFaradayCup71高壓的具體實(shí)現(xiàn)高壓的具體實(shí)現(xiàn)72OperatorconsoleScanassemblyWheelchamberControlchassisSideCryoLoaderchamberWheelLoaderrotarypumpOperatorconsoleScanassemblyW73真空設(shè)備原理課件74RearCryoGasmoduleAMUPost-AccelrackIsotransformerSourceroughingpumpPre-AccelrackBeamlinechasisSourceturbopumpCarouselchamberRearCryoGasmoduleAMUPost-Acc75真空設(shè)備原理課件76WheelTurbopurgeScansensorsScanmotorWaferPadWheelChamberScanlinearguideWheelTurbopurgeScansensorsSc77真空真空78壓力范圍初真空0.1Torr-760Torr中真空10-4Torr-10-1Torr高真空10-8Torr-10-4Torr超高真空<10-8Torr壓力范圍初真空0.1Torr-760Torr79初真空泵初真空泵均涉及通過活塞/葉片/柱塞/隔膜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)將氣體正向移位的過程。所有初真空泵都包括三個(gè)步驟：捕捉一定體積的氣體、對(duì)捕捉的氣體進(jìn)行壓縮、排除氣體。初真空泵初真空泵均涉及通過活塞/葉片/柱塞/隔膜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)將80高真空泵高真空泵分為兩類：一類是轉(zhuǎn)移動(dòng)量給氣體分子而抽吸氣體；另一類是俘獲氣體分子。常用的動(dòng)量轉(zhuǎn)移類型泵有擴(kuò)散泵和分子泵。常用的氣體吸附泵有低溫泵、吸氣泵、鈦升華泵和濺射離子泵。高真空泵高真空泵分為兩類：一類是轉(zhuǎn)移動(dòng)量給氣體分子而抽吸氣體81OilDiffusionPumpOilDiffusionPump82TURBOPUMPTURBOPUMP83CRYOPUMPCRYOPUMP84等離子體(plasma)等離子體是一種中性、高能量、離子化的氣體，包含中性原子或分子、帶電離子和自由電子。俗稱物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體(plasma)等離子體是一種中性、高能量、離子化的85等離子體的產(chǎn)生在電弧被激發(fā)前，氣體作為絕緣體而不會(huì)有電流產(chǎn)生?？紤]等離子體形成時(shí)所發(fā)生的情況，如果高壓足夠高，反映腔內(nèi)的電場(chǎng)高于氣體裂解所需電場(chǎng)，在兩個(gè)電極間就會(huì)產(chǎn)生高壓電弧，這個(gè)電弧會(huì)產(chǎn)生大量的離子和自由電子。由于腔內(nèi)電場(chǎng)的作用，電子被加速移向正的陽極，同時(shí)離子被加速移向負(fù)的陰極，由等離子體的產(chǎn)生在電弧被激發(fā)前，氣體作為絕緣體而不會(huì)有電流產(chǎn)生86等離子體的產(chǎn)生于電子的質(zhì)量很小，電子會(huì)比緩慢移動(dòng)的離子加速快得多。且離子穿越放電區(qū)并最終打在陰極上，當(dāng)它們打在陰極上時(shí)，就會(huì)從陰極的材料中釋放出大量的二次電子，這些電子向相反方向加速?zèng)_向陽極，如果在電極之間的電壓足夠大，這些高能量電子和中性原子的非彈性碰撞將產(chǎn)生出更多的離子，這個(gè)二次電子的釋放和離子的產(chǎn)生過程維持了等離子體。等離子體的產(chǎn)生于電子的質(zhì)量很小，電子會(huì)比緩慢移動(dòng)的離子87輝光放電術(shù)語“輝光放電”是指發(fā)光是由等離子體產(chǎn)生。當(dāng)一個(gè)被激發(fā)的原子或分子的電子返回到基態(tài)的時(shí)候，它以可見光輻射的形式釋放出能量，由此產(chǎn)生了輝光放電中的光。輝光放電術(shù)語“輝光放電”是指發(fā)光是由等離子體產(chǎn)生。當(dāng)一個(gè)被激88輝光放電輝光放電89輝光的產(chǎn)生輝光的產(chǎn)生90射頻放電在許多情況下，在一個(gè)或多個(gè)電極上的材料是絕緣的，暴露在硅片表面的材料，光刻膠和氧化層都是絕緣體，當(dāng)離子轟擊硅片表面時(shí)，會(huì)發(fā)射出二次電子，使這些層充滿電荷。電荷積聚在表面，使電場(chǎng)減少，直到等離子體最終消失。為解決這個(gè)問題，等離子體可以用交流信號(hào)來驅(qū)動(dòng)，一般為13.56MHz。射頻放電在許多情況下，在一個(gè)或多個(gè)電極上的材料是絕緣的，暴露91物理氣相淀積(PVD)具有一定能量的入射離子(Ar+)在對(duì)固體表面轟擊時(shí)，入射離子在與固體表面原子的碰撞過程中將發(fā)生能量和動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，并可將固體表面的原子濺射出來，這種現(xiàn)象稱為濺射。濺射主要是一個(gè)物理過程而不是一個(gè)化學(xué)過程。物理氣相淀積(PVD)具有一定能量的入射離子(Ar+)在對(duì)固92濺射的優(yōu)點(diǎn)具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力能夠淀積高溫熔化和難熔金屬能夠在直徑200mm或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面玷污和本身的氧化層(Etch)濺射的優(yōu)點(diǎn)具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力93基本濺射過程在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負(fù)電勢(shì)的耙材料加速在加速過程中離子獲得動(dòng)能，并轟擊耙離子通過物理過程從耙上撞擊出濺射原子被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜，與耙材料比較，薄膜具有與它相同基本濺射過程在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負(fù)電勢(shì)94基本濺射過程的材料組分額外材料由真空泵抽走基本濺射過程的材料組分95真空設(shè)備原理課件96影響濺射的常見因素通入腔內(nèi)氬氣的壓力腔內(nèi)真空度濺射電流硅片溫度影響濺射的常見因素通入腔內(nèi)氬氣的壓力97濺射方法磁控濺射電子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中將受到洛倫茲力的作用，若三者相互平行，則電子的運(yùn)動(dòng)軌跡仍是一條直線；電子的運(yùn)動(dòng)軌跡是沿電場(chǎng)方向加速、同時(shí)繞磁場(chǎng)方向螺旋前進(jìn)。磁場(chǎng)的存在將延長(zhǎng)電子在等離子體中的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高了與原子碰撞的效率，從而也提高了原子的電離幾率，導(dǎo)致在磁控濺射中，靶上的電流密度相對(duì)于直流配置的1mA/cm2提高到濺射方法磁控濺射98濺射方法

10—100mA/cm2。因而在同樣的電流和氣壓下可以顯著地提高濺射的效率和淀積的速率。磁控濺射是應(yīng)用最廣泛的一種濺射淀積方法，因?yàn)檫@種方法淀積速率可以比其他濺射方法高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，薄膜質(zhì)量又好。這是由于磁場(chǎng)有效地提高了電子與氣體分子的碰撞幾率，因而工作氣壓可以明顯降低，而較低氣壓條件下濺射原子被散射的幾率就很小。一濺射方法10—100mA/cm2。因而在同樣的電流99濺射方法方面降低了薄膜污染的傾向，另一方面也將提高入射到硅片表面原子的能量，因而將可以在很大程度上改善薄膜的質(zhì)量。偏壓濺射為了改善薄膜的組織結(jié)構(gòu)，可以采用偏壓濺射方法。偏壓濺射就是在一般濺射設(shè)置的基礎(chǔ)上，在硅片與靶材之間施加一定大小的偏置電壓，以改變?nèi)肷涞焦杵砻娴膸щ娏Ｗ拥臄?shù)量和能量的方法。在偏壓作用下，帶電離子對(duì)表濺射方法方面降低了薄膜污染的傾向，另一方面也將提高入射100濺射方法面的轟擊可以提高淀積原子在薄膜表面的擴(kuò)散和參加化學(xué)反應(yīng)的能力，提高薄膜的密度和成膜能力，抑制柱狀晶生長(zhǎng)和細(xì)化薄膜晶粒等。濺射方法面的轟擊可以提高淀積原子在薄膜表面的擴(kuò)散和參加101蝕刻蝕刻102濕法蝕刻利用合適的化學(xué)溶液先將所欲蝕刻的材質(zhì)未被光阻覆蓋部分分解，然后轉(zhuǎn)成可溶于此溶液的化合物之后，而達(dá)到去除的目的。濕法蝕刻的進(jìn)行主要是憑借溶液與欲刻蝕材質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，因此，我們可以籍由化學(xué)溶液的選取與調(diào)配，得到適當(dāng)?shù)奈g刻速率，以及欲蝕刻材質(zhì)對(duì)光阻濕法蝕刻利用合適的化學(xué)溶液先將所欲蝕刻的材質(zhì)未被光阻覆蓋部分103濕法蝕刻及下層材質(zhì)的良好蝕刻選擇比。優(yōu)點(diǎn)：制程單純，設(shè)備簡(jiǎn)單。成本低，產(chǎn)能高。缺點(diǎn)：刻蝕是同向性的，會(huì)造成底切導(dǎo)致失真?？刂茲穹ㄎg刻的速率：1.溶液濃度2.溶液溫度濕法蝕刻及下層材質(zhì)的良好蝕刻選擇比。104同向和異向蝕刻同向和異向蝕刻105干法蝕刻利用反應(yīng)氣體在電場(chǎng)加速作用下形成的等離子體中的活性基，與被腐蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)，形成揮發(fā)物資并隨氣流帶走。干法蝕刻利用反應(yīng)氣體在電場(chǎng)加速作用下形成的等離子體中的活性基106干法蝕刻優(yōu)點(diǎn)蝕刻剖面是各向異性,具有非常好的側(cè)壁剖面控制好的CD控制最小的光刻膠脫落或黏附問題好的片內(nèi)、片間、批次間的蝕刻均勻性較低的化學(xué)制品使用和處理費(fèi)用干法蝕刻優(yōu)點(diǎn)蝕刻剖面是各向異性,具有非常好的側(cè)壁剖面控制107等離子蝕刻反應(yīng)器真空工藝腔RF電源發(fā)生器真空系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)終點(diǎn)監(jiān)測(cè)等離子蝕刻反應(yīng)器真空工藝腔108真空工藝腔-圓桶型反應(yīng)器硅片與電場(chǎng)平行放置使物理蝕刻最小。這種蝕刻具有各向同性和高選擇比的純化學(xué)過程。因?yàn)楣杵砻鏇]有物理的轟擊，所以它具有最小的等離子體誘導(dǎo)損傷。圓桶式等離子體主要用于硅片表面的去膠。真空工藝腔-圓桶型反應(yīng)器硅片與電場(chǎng)平行放置使物理蝕刻最小。這109真空工藝腔-平板反應(yīng)器硅片平放在接地電極上，等離子體在倆電極之間形成，此時(shí)晶片趨于比中間等離子體低的電位，帶電荷的反應(yīng)離子向垂直于電場(chǎng)的晶片表面運(yùn)動(dòng)，刻蝕。所以側(cè)向腐蝕小，實(shí)現(xiàn)了各向異性腐蝕，同時(shí)，兩平行板間距離調(diào)的很近，活性原子及原子團(tuán)也能起刻蝕作用，所以既有物理反應(yīng)也有化學(xué)反應(yīng)真空工藝腔-平板反應(yīng)器硅片平放在接地電極上，等離子體在倆電極110真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體在大部分區(qū)域都是一個(gè)具有高導(dǎo)電性的等勢(shì)體。但是在靠近兩個(gè)電極的區(qū)域則是一個(gè)呈高阻態(tài)的暗區(qū)。此外增大接地陽極對(duì)陰極的面積比，可以提高陰極上的直流偏置電壓，可達(dá)100V--1000V，這樣使正粒子被電場(chǎng)加速，真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體在大部分區(qū)域111真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE獲得較大的動(dòng)能，可垂直轟擊待刻蝕的晶片表面。使得刻蝕晶片具有較好的各項(xiàng)異性，同時(shí)反應(yīng)離子刻蝕氣體系統(tǒng)中那些具有高度反應(yīng)性的原子團(tuán)和活性基，又使化學(xué)反應(yīng)過程表現(xiàn)較好的腐蝕先擇比。真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE獲得較大的動(dòng)能，可垂直轟擊待刻112真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE因此，RIE在各項(xiàng)異性腐蝕及刻蝕選擇比這兩方面取得了較好的統(tǒng)一，目前已成為集成電路刻蝕的主要技術(shù)。真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE因此，RIE在各項(xiàng)異性腐蝕及刻113磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻MERIE是在傳統(tǒng)的RIE中，加上永久磁鐵和線圈，產(chǎn)生與晶片平行的磁場(chǎng)，這樣與直流偏壓產(chǎn)生的電場(chǎng)垂直，所以帶電粒子在此磁場(chǎng)作用下，將以螺旋方式移動(dòng)，這樣一來減少電子撞擊腔壁的機(jī)會(huì)，提高等離子體的密度。用磁場(chǎng)來限制等離子體以產(chǎn)生高密度等離子體并容許低壓工作，有效地磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻MERIE是在傳統(tǒng)的RI114磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)保證了蝕刻的方向性和均勻性，特別是在蝕刻高深寬比圖形時(shí)更有效。磁場(chǎng)強(qiáng)化RIE系統(tǒng)保證了蝕刻的方向性和均勻性，特別是在蝕刻高115

RF電源發(fā)生器射頻頻率信號(hào)發(fā)生器（頻率合成器。激勵(lì)級(jí)）射頻電壓放大器（緩沖級(jí)）射頻功率放大器（前級(jí)放大和末級(jí)放大）射頻輸出網(wǎng)絡(luò)（匹配網(wǎng)絡(luò)）

RF電源發(fā)生器射頻頻率信號(hào)發(fā)生器（頻率合成器。激勵(lì)級(jí)）116真空工藝腔壓力一般由ThrottleValve控制真空系統(tǒng)大部分都要求具有耐腐蝕型真空工藝腔壓力一般由ThrottleValve控制117

流量控制系統(tǒng)(MFC.AFC)利用毛細(xì)管溫差傳熱量測(cè)法，測(cè)量氣體流量。將傳感器加熱電橋測(cè)得的流量信號(hào)給放大器放大，放大后的流量檢測(cè)電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，在將差值信號(hào)放大后去控制電磁閥，使之與設(shè)定值相等。

流量控制系統(tǒng)(MFC.AFC)利用毛細(xì)管溫差傳熱量測(cè)法，測(cè)118終點(diǎn)監(jiān)測(cè)干法刻蝕不像濕法刻蝕，有很高的選擇比，過度的刻蝕會(huì)損傷下一層材料，因此，蝕刻時(shí)間就必須正確無誤的掌握，另外，機(jī)臺(tái)狀態(tài)的些微變化，如氣體流量。溫度。或晶片上材料一批與一批間的差異。都會(huì)影響刻蝕時(shí)間的控制，因此，必須時(shí)常檢測(cè)刻蝕速率的變化。使用終點(diǎn)偵測(cè)器的方法?？梢杂?jì)算出刻蝕結(jié)束的正確時(shí)間，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制過度終點(diǎn)監(jiān)測(cè)干法刻蝕不像濕法刻蝕，有很高的選擇比，過度的刻蝕會(huì)損119終點(diǎn)監(jiān)測(cè)刻蝕的時(shí)間，以確保多次刻蝕的再現(xiàn)性。

光譜發(fā)射是終點(diǎn)檢測(cè)中最常用的一種方法。被激發(fā)的基發(fā)射出對(duì)應(yīng)于特定材料的一定波長(zhǎng)的光。在氣體輝光放電中被激發(fā)的原子或分子所發(fā)出的光可用光發(fā)

終點(diǎn)監(jiān)測(cè)刻蝕的時(shí)間，以確保多次刻蝕的再現(xiàn)性。120終點(diǎn)監(jiān)測(cè)射譜來分析，從而鑒別出該元素。發(fā)射的光通過一個(gè)帶有允許特殊波長(zhǎng)的光通過的帶過濾器的探測(cè)器，從而鑒別出被蝕刻的材料。在等離子體中，發(fā)射光的強(qiáng)度與相關(guān)元素的相對(duì)濃度有關(guān)。根據(jù)這一點(diǎn)，終點(diǎn)檢測(cè)器能夠檢測(cè)出什么時(shí)候蝕刻材料已被刻完并進(jìn)行下層材料的蝕刻。終點(diǎn)監(jiān)測(cè)射譜來分析，從而鑒別出該元素。發(fā)射的光通過一個(gè)121離子注入離子注入122真空設(shè)備原理課件123摻雜只有當(dāng)硅中加入少量雜質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變時(shí)，硅才成為一種有用的半導(dǎo)體。這個(gè)加入少量雜質(zhì)的這個(gè)過程我們稱之為摻雜。在晶圓的制造中，有兩種方法可以向硅片中引入雜質(zhì)，就是熱擴(kuò)散和離子注入。如擴(kuò)散利用高溫驅(qū)動(dòng)雜質(zhì)穿過硅的晶格結(jié)構(gòu)，這種方法受到時(shí)間和溫度的影響。離子注入通過高壓離子轟擊把雜質(zhì)引入硅片。摻雜只有當(dāng)硅中加入少量雜質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變124離子注入的優(yōu)點(diǎn)1，精確控制雜質(zhì)含量：能在很大范圍內(nèi)精確控制注入雜質(zhì)濃度，從1010到1017ions/cm2，誤差在2%。擴(kuò)散在高濃度控制雜質(zhì)含量誤差在5%到10%以內(nèi)，但濃度越小誤差就越大。2，很好的雜質(zhì)均勻性：用掃描的方法控制雜質(zhì)的均勻性3，對(duì)雜質(zhì)穿透深度有很好的控制：通過控制注入過程中離子能量控制雜質(zhì)的穿透深度，增大了設(shè)計(jì)的靈活性，如埋層，最大雜質(zhì)濃度在埋層里，最小濃度在硅片表面。離子注入的優(yōu)點(diǎn)1，精確控制雜質(zhì)含量：能在很大范圍內(nèi)精確125離子注入的優(yōu)點(diǎn)4，產(chǎn)生單一離子束：質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒有玷污的純離子束，不同的雜質(zhì)能夠被選出進(jìn)行注入。5，低溫工藝：注入在中等溫度（小于125℃）下進(jìn)行，允許使用不同的光刻掩膜，包括光刻膠。6，注入的離子能穿過薄膜：雜質(zhì)可以通過薄膜注入，如氧化物或氮化物。7，無固濃度極限：注入雜質(zhì)含量不受硅片固濃度限制。離子注入的優(yōu)點(diǎn)4，產(chǎn)生單一離子束：質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒有126離子注入的缺點(diǎn)離子注入的主要缺點(diǎn)是高雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。大多數(shù)甚至所有的晶體損傷都能用高溫退火進(jìn)行修復(fù)。離子注入的缺點(diǎn)127離子注入機(jī)分類1，中低電流2，大電流3，高能4，氧注入機(jī)離子注入機(jī)分類128離子注入機(jī)離子注入設(shè)備主要分為以下5個(gè)部分：1，Ionsource2，extractionandAMU(analyzemagnetunit)3，acceleration4，scanassembly5，processchamber離子注入機(jī)離子注入設(shè)備主要分為以下5個(gè)部分：129真空設(shè)備原理課件130TERMINALGROUND

FILAMENTSUPPLY1000WARCSUPPLY30V-100VPREACCELLSUPPLY2KV-60KV-++-FILAMENTARCCHAMBERFreeman

Bernas

FILAMENTSUPPLY1000WARCSUPPLY30V-100VPREACCELLSUPPLY2KV-60KV-++-FILAMENTARCCHAMBER+-ElectronReflectorTERMINALFILAMENTARCSUPPL131UltraLifeTMIonSourceArcFilBias-+-+80A@7.5V2A@600V7A@150V+-FilamentCathodeAnti-CathodeUltr