MEMS工藝

——半導(dǎo)體制造技術(shù)梁 庭

3920330(o)

Liangting@MEMS工藝

——半導(dǎo)體制造技術(shù)梁 庭

3920330(o主要內(nèi)容摻雜技術(shù)、退火技術(shù)表面薄膜制造技術(shù)光刻技術(shù)金屬化技術(shù)刻蝕技術(shù)凈化與清洗接觸與互連鍵合、裝配和封裝主要內(nèi)容摻雜技術(shù)、退火技術(shù)集成電路制造過(guò)程集成電路制造過(guò)程一、摻雜與退火摻雜定義：就是用人為的方法，將所需的雜質(zhì)（如磷、硼等），以一定的方式摻入到半導(dǎo)體基片規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，并達(dá)到規(guī)定的數(shù)量和符合要求的分布，以達(dá)到改變材料電學(xué)性質(zhì)、制作PN結(jié)、集成電路的電阻器、互聯(lián)線的目的。摻雜的主要形式：注入和擴(kuò)散

一、摻雜與退火摻雜定義：就是用人為的方法，將所需的雜質(zhì)（如退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過(guò)程都可以稱(chēng)為退火。目的：激活雜質(zhì)消除損傷結(jié)構(gòu)釋放后消除殘余應(yīng)力退火方式：爐退火快速退火退火：也叫熱處理，集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔?.擴(kuò)散工藝定義：在一定溫度下雜質(zhì)原子具有一定能量，能夠克服阻力進(jìn)入半導(dǎo)體并在其中做緩慢的遷移運(yùn)動(dòng)。形式：替代式擴(kuò)散和間隙式擴(kuò)散恒定表面濃度擴(kuò)散和再分布擴(kuò)散1.擴(kuò)散工藝定義：在一定溫度下雜質(zhì)原子具有一定能量，能夠克服替位式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的溫度(950～1280℃)下進(jìn)行磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴(kuò)散系數(shù)均遠(yuǎn)小于在硅中的擴(kuò)散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽層間隙式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素?cái)U(kuò)散系數(shù)要比替位式擴(kuò)散大6～7個(gè)數(shù)量級(jí)替位式擴(kuò)散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：擴(kuò)散工藝主要參數(shù)結(jié)深：當(dāng)用與襯底導(dǎo)電類(lèi)型相反的雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，在硅片內(nèi)擴(kuò)散雜質(zhì)濃度與襯底原有雜質(zhì)濃度相等的地方就形成了pn結(jié)，結(jié)距擴(kuò)散表面的距離叫結(jié)深。薄層電阻Rs（方塊電阻）表面濃度：擴(kuò)散層表面的雜質(zhì)濃度。擴(kuò)散工藝主要參數(shù)結(jié)深：當(dāng)用與襯底導(dǎo)電類(lèi)型相反的雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)擴(kuò)散的適用數(shù)學(xué)模型是Fick定律

式中：

F為摻入量D為擴(kuò)散率N每單位基底體積中摻入濃度擴(kuò)散的適用數(shù)學(xué)模型是Fick定律擴(kuò)散方式液態(tài)源擴(kuò)散：利用保護(hù)氣體攜帶雜質(zhì)蒸汽進(jìn)入反應(yīng)室，在高溫下分解并與硅表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生雜質(zhì)原子，雜質(zhì)原子向硅內(nèi)部擴(kuò)散。固態(tài)源擴(kuò)散：固態(tài)源在高溫下汽化、活化后與硅表面反應(yīng)，雜質(zhì)分子進(jìn)入硅表面并向內(nèi)部擴(kuò)散。擴(kuò)散方式MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件液態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)散源：硼酸三甲酯，硼酸三丙酯等擴(kuò)散原理：硼酸三甲酯500C分解后與硅反應(yīng)，在硅片表面形成硼硅玻璃，硼原子繼續(xù)向內(nèi)部擴(kuò)散，形成擴(kuò)散層。硼B(yǎng)液態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)散源：硼酸三甲酯，硼酸三丙酯等硼B(yǎng)擴(kuò)散系統(tǒng)：N2氣源、純化、擴(kuò)散源、擴(kuò)散爐擴(kuò)散工藝：預(yù)沉積，去BSG，再分布工藝條件對(duì)擴(kuò)散結(jié)果的影響氣體流量、雜質(zhì)源、溫度擴(kuò)散系統(tǒng)：N2氣源、純化、擴(kuò)散源、擴(kuò)散爐液態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)散源：POCl3，PCl3，PBr3等擴(kuò)散原理：三氯氧磷600C分解后與硅反應(yīng)，在硅片表面形成磷硅玻璃，磷原子繼續(xù)向內(nèi)部擴(kuò)散，形成擴(kuò)散層。擴(kuò)散系統(tǒng)：O2和N2氣源、純化、擴(kuò)散源、源冷卻系統(tǒng)、擴(kuò)散爐擴(kuò)散工藝：預(yù)沉積，去PSG，再分布磷P液態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)散源：POCl3，PCl3，PBr3等磷P固態(tài)源擴(kuò)散箱法B擴(kuò)散B2O3或BN源，石英密封箱片狀BN擴(kuò)散氧氣活化，氮?dú)獗Ｗo(hù)，石英管和石英舟，預(yù)沉積和再分布片狀P擴(kuò)散擴(kuò)散源為偏磷酸鋁和焦磷酸硅固-固擴(kuò)散（乳膠源擴(kuò)散）固態(tài)源擴(kuò)散箱法B擴(kuò)散擴(kuò)散爐擴(kuò)散爐MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件質(zhì)量分析1．硅片表面不良：表面合金點(diǎn)；表面黑點(diǎn)或白霧；表面凸起物；表面氧化層顏色不一致；硅片表面滑移線或硅片彎曲；硅片表面劃傷，邊緣缺損，或硅片開(kāi)裂等2．漏電電流大：表面沾污引起的表面漏電；氧化層的缺陷破壞了氧化層在雜質(zhì)擴(kuò)散時(shí)的掩蔽作用和氧化層在電路中的絕緣作用而導(dǎo)電；硅片的缺陷引起雜質(zhì)擴(kuò)散時(shí)產(chǎn)生管道擊穿。3．薄層電阻偏差4．器件特性異常：擊穿電壓異常；hFE異常；穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值異常。。質(zhì)量分析1．硅片表面不良：表面合金點(diǎn)；表面黑點(diǎn)或白霧；表面凸工藝控制污染控制：顆粒、有機(jī)物、薄膜、金屬離子污染來(lái)源：操作者,清洗過(guò)程,高溫處理,工具?參量控制：溫度，時(shí)間，氣體流量(影響最大?)1.溫度控制：源溫、硅片溫度、升溫降溫、測(cè)溫2.時(shí)間：進(jìn)舟出舟自動(dòng)化,試片3.氣體流量：流量穩(wěn)定，可重復(fù)性，假片工藝控制污染控制：顆粒、有機(jī)物、薄膜、金屬離子2.離子注入定義：將摻雜劑通過(guò)離子注入機(jī)的離化、加速和質(zhì)量分析，成為一束由所需雜質(zhì)離子組成的高能離子流而投射入晶片（俗稱(chēng)靶）內(nèi)部，并通過(guò)逐點(diǎn)掃描完成整塊晶片的注入摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定2.離子注入定義：將摻雜劑通過(guò)離子注入機(jī)的離化、加速和質(zhì)量分摻雜的均勻性好溫度低：小于600℃可以精確控制雜質(zhì)分布可以注入各種各樣的元素橫向擴(kuò)展比擴(kuò)散要小得多可以對(duì)化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜離子注入的優(yōu)點(diǎn)：摻雜的均勻性好離子注入的優(yōu)點(diǎn)：離子注入特點(diǎn)：橫向效應(yīng)小，但結(jié)深淺；雜質(zhì)量可控；晶格缺陷多基本原理：雜質(zhì)原子經(jīng)高能粒子轟擊離子化后經(jīng)電場(chǎng)加速轟擊硅片表面，形成注入層裝置：離子源、聚焦、分析器、加速管、掃描、偏轉(zhuǎn)、靶室、真空系統(tǒng)離子注入特點(diǎn)：橫向效應(yīng)小，但結(jié)深淺；雜質(zhì)量可控；晶格缺陷多離子注入系統(tǒng)的原理示意圖離子注入系統(tǒng)的原理示意圖MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件離子注入的步驟離子注入的步驟注入的離子在基底中的分布注入的離子在基底中的分布根據(jù)Ruska(1987)，注入離子的濃度N（X）可遵循下面方程式RP為注入的范圍，umΔRP為分散度或者“離散度”Q是離子束的劑量（原子數(shù)/cm2）根據(jù)Ruska(1987)，注入離子的濃度N（X）可遵循下面MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件硅中常用摻雜劑的離子注入離子范圍Rp，nm分散

Rp，nm在30keV能級(jí)硼（B）106.539.0磷(P)42.019.5砷(As)23.39.0在100keV能級(jí)硼（B）307．069．0磷(P)135．053．5砷(As)67．826．1硅中常用摻雜劑的離子注入離子范圍Rp，nm分散Rp3、退火定義：一般是利用各種能量形式所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，來(lái)消除半導(dǎo)體片在其加工過(guò)程中所引起的各種晶格缺陷和內(nèi)應(yīng)力，或根據(jù)需要使表面材料產(chǎn)生相變和改變表面形態(tài)。定義：將注入離子的硅片在一定溫度和真空或氮、氬等高純氣體的保護(hù)下，經(jīng)過(guò)適當(dāng)時(shí)間的熱處理，部分或全部消除硅片中的損傷，少數(shù)載流子的壽命及遷移率也會(huì)不同程度的得到恢復(fù)，摻入的雜質(zhì)也將的到一定比例的電激活，這樣的熱處理過(guò)程稱(chēng)為退火。3、退火定義：一般是利用各種能量形式所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，來(lái)消除半分類(lèi)普通熱退火硼的退火特性磷的退火特性擴(kuò)散效應(yīng)快速退火分類(lèi)普通熱退火方式：熱退火：管式爐，保護(hù)氣氛，900C，20~30min，用于再擴(kuò)散激光退火：自淬火，局部加熱，制備歐姆接觸電子退火方式：普通熱退火退火時(shí)間通常為15--30min，使用通常的擴(kuò)散爐，在真空或氮、氬等氣體的保護(hù)下對(duì)襯底作退火處理。缺點(diǎn)：清除缺陷不完全，注入雜質(zhì)激活不高，退火溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致雜質(zhì)再分布。普通熱退火退火時(shí)間通常為15--30min，使用通常的擴(kuò)散爐1區(qū)單調(diào)上升：點(diǎn)缺陷、陷井缺陷消除、自由載流子增加2區(qū)出現(xiàn)反退火性：代位硼減少，淀積在位錯(cuò)上3區(qū)單調(diào)上升:劑量越大，所需退火溫度越高。1區(qū)單調(diào)上升：雜質(zhì)濃度達(dá)1015以上時(shí)出現(xiàn)無(wú)定形硅退火溫度達(dá)到600℃～800℃雜質(zhì)濃度達(dá)1015以上時(shí)出現(xiàn)無(wú)定形硅退火溫度達(dá)到600℃～8MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件二、表面薄膜技術(shù)在微電子技術(shù)以及在微結(jié)構(gòu)、微光學(xué)和微化學(xué)傳感器中，需要在由不同材料構(gòu)成的大面積的薄膜層中構(gòu)造功能完善的結(jié)構(gòu)。功能：1、完成所確定的功能2、作為輔助層方式：氧化(Oxidation)化學(xué)氣相淀積(ChemicalVaporDeposition)外延(Epitaxy)二、表面薄膜技術(shù)在微電子技術(shù)以及在微結(jié)構(gòu)、微光學(xué)和微化學(xué)傳感1、氧化定義：硅與氧化劑反應(yīng)生成二氧化硅。原理：氧化劑被表面吸附，向膜中擴(kuò)散，在二氧化硅和硅的接觸界面反應(yīng)生成新的二氧化硅，接觸界面向深層逐步推進(jìn)。種類(lèi)：熱氧化、熱分解淀積、外延淀積。1、氧化定義：硅與氧化劑反應(yīng)生成二氧化硅。二氧化硅膜的五種用途：雜質(zhì)擴(kuò)散掩蔽膜a器件表面保護(hù)或鈍化膜b電路隔離介質(zhì)或絕緣介質(zhì)c電容介質(zhì)材料dMOS管的絕緣柵材料e二氧化硅膜的五種用途：二氧化硅膜的性質(zhì)（1）1.二氧化硅膜的化學(xué)穩(wěn)定性極高，不溶于水，除氫氟酸外，和別的酸不起作用。利用這一性質(zhì)作為掩蔽膜，光刻出IC制造中的各種窗口。2.二氧化硅膜的掩蔽性質(zhì)B、P、As等雜質(zhì)在SiO2的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在Si中的擴(kuò)散系數(shù)。Dsi>Dsio2SiO2膜要有足夠的厚度。一定的雜質(zhì)擴(kuò)散時(shí)間、擴(kuò)散溫度下，有一最小厚度二氧化硅膜的性質(zhì)（1）1.二氧化硅膜的化學(xué)穩(wěn)定性極高，不溶于二氧化硅膜的性質(zhì)（2）3.二氧化硅膜的絕緣性質(zhì)熱擊穿、電擊穿、混合擊穿：a.最小擊穿電場(chǎng)（非本征）－－針孔、裂縫、雜質(zhì)。b.最大擊穿電場(chǎng)（本征）－－厚度、導(dǎo)熱、界面態(tài)電荷等；氧化層越薄、氧化溫度越高，擊穿電場(chǎng)越低。介電常數(shù)3～～4（3.9）二氧化硅膜的性質(zhì)（2）3.二氧化硅膜的絕緣性質(zhì)二氧化硅膜的性質(zhì)（3）4.Si--SiO2的界面特性及解決（1）可動(dòng)離子電荷：如Na+離子---Si表面負(fù)電荷（N型溝道）－－清洗、摻氯氧化工藝－－PSG－SiO2（2）固定氧化物電荷----過(guò)剩的Si+（3）界面陷阱電荷(快態(tài)界面)－分立、連續(xù)能級(jí)、電子狀態(tài)（4）氧化物陷阱電荷：Si－SiO2界面附近（109～1013/cm2）---300℃退火（5）氧化層上的離子沾污二氧化硅膜的性質(zhì)（3）4.Si--SiO2的界面特性及解決MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件常壓氧化技術(shù)種類(lèi)：水汽氧化、干氧氧化、濕氧氧化干氧：二氧化硅膜干燥致密，掩蔽能力強(qiáng)，與光刻膠粘附性好，但氧化速度慢。濕氧：速度快，但二氧化硅疏松，與光刻膠粘附性不好，易脫落。實(shí)際工作中，往往用干氧、濕氧、干氧的方法，速度快粘附性好。水汽氧化速度更快，但是質(zhì)量差，一般不用。常壓氧化技術(shù)種類(lèi)：水汽氧化、干氧氧化、濕氧氧化MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件常壓氧化技術(shù)設(shè)備：氧化源、加熱器、氧化爐、熱電偶氧化效果分析厚度檢測(cè)：比色法、干涉法針孔檢測(cè)：腐蝕法、電化學(xué)法C-V性能檢測(cè)常壓氧化技術(shù)設(shè)備：其他氧化技術(shù)高壓水汽氧化：VLSI應(yīng)用等離子體氧化熱分解淀積二氧化硅烷氧基硅烷分解淀積硅烷在氧氣中分解其他氧化技術(shù)高壓水汽氧化：VLSI應(yīng)用在硅基上產(chǎn)生二氧化硅最經(jīng)濟(jì)的方法就是熱氧化。此工藝中的化學(xué)反應(yīng)如下：在硅基上產(chǎn)生二氧化硅最經(jīng)濟(jì)的方法就是熱氧化。此工藝中的化學(xué)反二氧化硅的熱氧化設(shè)備二氧化硅的熱氧化設(shè)備a)氧化初始階段b)氧化層的形成c）氧化層的生長(zhǎng)a)氧化初始階段b)氧化層的形成c）氧化層的生長(zhǎng)由顏色來(lái)確定氧化層厚度由顏色來(lái)確定氧化層厚度MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件2、化學(xué)氣相淀積技術(shù)CVD：ChemicalVaporDeposition定義：使用加熱、等離子體和紫外線等各種能源，使氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)（熱解或化學(xué)合成），形成固態(tài)物質(zhì)淀積在襯底上。相對(duì)的蒸發(fā)和濺射為物理氣相淀積。特點(diǎn)：溫度低、均勻性好、通用性好、臺(tái)階覆蓋性能好，適合大批量生產(chǎn)。2、化學(xué)氣相淀積技術(shù)CVD：ChemicalVaporD化學(xué)氣相淀積技術(shù)（CVD）分類(lèi)：按照淀積溫度：低溫（200－500）中溫（500－1000）高溫（1000－1200）按照反應(yīng)壓力：常壓、低壓按反應(yīng)壁溫度：熱壁、冷壁按反應(yīng)激化方式：熱激活等離子體激活光激活化學(xué)氣相淀積技術(shù)（CVD）分類(lèi)：常用CVD常壓冷壁：（APCVD）用于生長(zhǎng)摻雜與不摻雜的二氧化硅低壓熱壁：（LPCVD）用于生長(zhǎng)多晶硅與氮化硅等離子體激活（PECVD）可以降低反應(yīng)所需溫度，常用于生長(zhǎng)氮化硅，作最后鈍化層使用常用CVD常壓冷壁：（APCVD）CVD中的化學(xué)反應(yīng)常用三種薄膜的化學(xué)反應(yīng)：二氧化硅氮化硅多晶硅CVD中的化學(xué)反應(yīng)常用三種薄膜的化學(xué)反應(yīng)：CVD工藝特點(diǎn)：（1）CVD成膜溫度遠(yuǎn)低于體材料的熔點(diǎn)或軟點(diǎn)。因此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制了缺陷生成;設(shè)備簡(jiǎn)單，重復(fù)性好；（2）薄膜的成分精確可控、配比范圍大；（3）淀積速率一般高于PVD（物理氣相淀積，如蒸發(fā)、濺射等）；厚度范圍廣，由幾百埃至數(shù)毫米。且能大量生產(chǎn)；（4）淀積膜結(jié)構(gòu)完整、致密，與襯底粘附性好。CVD工藝特點(diǎn)：（1）CVD成膜溫度遠(yuǎn)低于體材料的熔點(diǎn)或軟點(diǎn)化學(xué)氣相淀積LPCVD：成本低，均勻性好，臺(tái)階覆蓋好，片子干凈PECVD：溫度低，易于腐蝕，針孔密度小系統(tǒng)：氣體輸入：正硅酸乙酯，硅烷和氨氣，硅烷激活能源：電阻加熱（熱壁），射頻或紫外光（冷壁）氣體排出：氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)旋轉(zhuǎn)裝置：保證均勻性化學(xué)氣相淀積LPCVD：成本低，均勻性好，臺(tái)階覆蓋好，常壓化學(xué)氣相淀積常壓化學(xué)氣相淀積特點(diǎn):用于SiO2的淀積◆PWS－5000：SiH4+O2=SiO2+H2Oφ100mm：10片，φ125mm:8片Time:15minTemp:380～450℃±6℃厚度均勻：<±5％特點(diǎn):用于SiO2的淀積◆PWS－5000：低壓化學(xué)氣相淀積低壓化學(xué)氣相淀積應(yīng)用情況多晶硅：SiH4/Ar(He)620℃Si3N4:SiH2Cl2+NH3750~800℃PSG:SiH4+PH3+O2450℃BSG:B2H6+O2450℃SiO2:SiH2Cl2+NO2910℃應(yīng)用情況多晶硅：SiH4/Ar(He)620℃等離子體化學(xué)氣相淀積等離子體化學(xué)氣相淀積◆特點(diǎn)：溫度低200~350℃，適用于布線隔離Si3N4:SiH2Cl2+NH3

PSG:SiH4+PH3+O2

◆特點(diǎn)：溫度低200~350℃，適用于布線三種主要CVD工序的總結(jié)和比較CVD工藝壓強(qiáng)/溫度通常的淀積速率10-10米/分優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用APCVD100—10kPa350~400℃SiO2：700簡(jiǎn)單、高速、低溫覆蓋度較差微粒污染摻雜或非摻雜氧化物L(fēng)PCVD1—8汞柱℃550~900℃SiO2：50—180Si3N4：30—80多晶硅：30—80純度高和均勻性高，晶片容量大溫度高高淀積速率摻雜或非摻雜氧化物、氮化物、晶體硅、鎢PECVD0.2—5汞柱300~400℃Si3N4：

300—350較低的襯底溫度快、好的附著性易受化學(xué)污染在金屬上和鈍化物的低溫絕緣體三種主要CVD工序的總結(jié)和比較CVD壓強(qiáng)/溫度通常的淀積速率3.外延沉積概念：在單晶體基底生長(zhǎng)同樣單晶體材料的薄膜特點(diǎn)：生長(zhǎng)的外延層能與襯底保持相同的晶向外延層厚度比氧化和CVD得到的厚度都大利用外延層可以有效控制準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)深度3.外延沉積概念：微電子工業(yè)中有幾種技術(shù)可用于外延沉積氣相外延(VPE)分子束外延(MBE)金屬有機(jī)物CVD(MOCVD)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)外延微電子工業(yè)中有幾種技術(shù)可用于外延沉積氣相外延(VPE)用于外延淀積的反應(yīng)物氣體反應(yīng)物蒸氣正常工藝溫度℃正常淀積速率μm/min需要的能量供給eV評(píng)論SiH410000.1~0.51.6~1.7沒(méi)有模式轉(zhuǎn)變SiH2Cl211000.1~0.80.3~0.6有些模式轉(zhuǎn)變速SiHCl311750.2~0.80.8~1.0有大的模式轉(zhuǎn)變SiCl412250.2~1.01.6~1.7有非常大的模式轉(zhuǎn)變用于外延淀積的反應(yīng)物氣體反應(yīng)物正常工藝正常淀積速率μm/mi在上頁(yè)中用SiH4蒸氣在硅襯底上生長(zhǎng)硅膜是其中最簡(jiǎn)單的一種。在約1000℃時(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單的分解可生產(chǎn)硅，如下式所示：在上頁(yè)中用SiH4蒸氣在硅襯底上生長(zhǎng)硅膜系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)示意圖外延生長(zhǎng)程序(1)N2預(yù)沖洗260L/min4min(2)H2預(yù)沖洗260L/min5min(3)升溫1850oC5min(4)升溫21170oC6min(5)HCl排空1.3L/min1min(6)HCl拋光1.3L/min3min(7)H2沖洗(附面層)260L/min1min外延生長(zhǎng)程序(1)N2預(yù)沖洗260L/min4min分子束外延（MBE）工藝一、分子束外延技術(shù)◆分子束外延（MBE）是一種超高真空蒸發(fā)技術(shù)，廣泛用于半導(dǎo)體單晶的沉積。特別是Ⅲ－Ⅴ，Ⅱ－Ⅵ族化合物半導(dǎo)體和Si，Ge的沉積。也可用于多種金屬和金屬氧化物。◆在超高真空（UHV）條件下進(jìn)行，生長(zhǎng)速度非常低，通常在1μm/h左右。◆超高真空的環(huán)境、低溫和慢的生長(zhǎng)速度，同時(shí)給碰撞原子提供了足夠時(shí)間，使之沿襯底邊沿?cái)U(kuò)散，進(jìn)入適當(dāng)?shù)木Ц窀顸c(diǎn)，形成完美晶體。分子束外延（MBE）工藝一、分子束外延技術(shù)MBE生長(zhǎng)室的基本結(jié)構(gòu)示意圖MBE生長(zhǎng)室的基本結(jié)構(gòu)示意圖三、光刻(Lithography)定義：光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)種類(lèi)：接觸式，接近式，投影式重要性：是唯一不可缺少的工藝步驟，是一個(gè)復(fù)雜的工藝流程工藝過(guò)程：備片清洗烘干甩膠前烘對(duì)準(zhǔn)曝光顯影堅(jiān)膜腐蝕工藝等去膠三、光刻(Lithography)定義：光刻是一種圖形復(fù)印光刻的目的:在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形從而實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬薄膜布線的目的。光刻的目的:MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件分步重復(fù)曝光光學(xué)原理圖分步重復(fù)曝光光學(xué)原理圖各種曝光方式的比較各種曝光方式的比較四、金屬化：濺射和蒸發(fā)蒸發(fā)和濺射是制備金屬結(jié)構(gòu)層和電極的主要方法。是物理氣相淀積的方法。金屬材料的要求良好的導(dǎo)電性容易形成良好的歐姆接觸與硅和二氧化硅粘附性好能用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法形成薄膜易于光刻，實(shí)現(xiàn)圖形化常用金屬材料：Al,Au,Ag,Pt,W,Mo,Cr,Ti四、金屬化：濺射和蒸發(fā)蒸發(fā)和濺射是制備金屬結(jié)構(gòu)層和電極的主集成電路對(duì)金屬化的要求1.對(duì)P+或N+形成歐姆接觸,硅/金屬接觸電阻越小越好，良好的導(dǎo)電性2.低阻互連線,引線電阻越小越好3.抗遷徙4.良好的附著性5.耐腐蝕6.易于淀積和光刻7.易鍵合8.層與層之間不擴(kuò)散集成電路對(duì)金屬化的要求1.對(duì)P+或N+形成歐姆接觸,硅/金屬1、蒸發(fā)定義：將制膜材料和被制膜基板在真空室中加熱到相當(dāng)高的溫度，使之蒸發(fā)或升華形成金屬蒸汽，在硅片表面淀積形成金屬薄膜的工藝。分類(lèi)：電阻、高頻、激光、電子束加熱真空鍍膜機(jī)：真空鍍膜室：鐘罩、加熱器、擋板、底盤(pán)抽氣系統(tǒng)：10-5~10-2Pa,真空泵和擴(kuò)散泵真空測(cè)量?jī)x器：熱偶、熱陰極電離、高頻火花1、蒸發(fā)定義：將制膜材料和被制膜基板在真空室中加熱到相當(dāng)高的MEMS工藝(3半導(dǎo)體工藝)揚(yáng)衛(wèi)ppt課件蒸發(fā)Al工藝掛置Al絲，清洗并放置硅片抽真空：機(jī)械泵、擴(kuò)散泵，710-3Pa襯底加熱熔球，預(yù)蒸發(fā)和蒸發(fā)冷卻、取出硅片合金化，形成歐姆接觸。<577C質(zhì)量分析厚度控制和測(cè)量：時(shí)間控制，電阻法，天平稱(chēng)量鋁膜表面氧化蒸發(fā)Al工藝掛置Al絲，清洗并放置硅片電子束蒸發(fā)原理：利用經(jīng)過(guò)高壓加速并聚焦的電子束，在真空中直接打到源表面，將源蒸發(fā)并淀積到襯底表面形成薄膜。設(shè)備：偏轉(zhuǎn)電子槍真空鍍膜機(jī)優(yōu)點(diǎn)淀積的Al膜純度高，鈉離子玷污少臺(tái)階覆蓋性能好采用紅外線加熱襯底，工作效率高缺點(diǎn)：X射線破壞硅表面晶體；壓力大于102Pa時(shí)會(huì)引起放電。電子束蒸發(fā)原理：利用經(jīng)過(guò)高壓加速并聚焦的電子束，在真空中直接2、濺射原理：惰性氣體（Ar）在真空室中高電場(chǎng)作用下電離，產(chǎn)生的正離子被強(qiáng)電場(chǎng)加速形成高能離子流轟擊濺射靶，靶（源）原子和分子離開(kāi)固體表面，以高速濺射到陽(yáng)極（硅片）上淀積形成薄膜。分類(lèi)：直流濺射、等離子體濺射、高頻濺射、磁控濺射2、濺射原理：惰性氣體（Ar）在真空室中高電場(chǎng)作用下電離，產(chǎn)直流濺射設(shè)備：陰極（濺射源）、陽(yáng)極（硅片），距離3~10cm氬氣壓強(qiáng)1~10Pa3~5V直流電壓，輝光放電特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可得到大面積均勻薄膜；放電電流容易隨電壓和氣壓變化，速率不易控制直流濺射設(shè)備：陰極（濺射源）、陽(yáng)極（硅片），距離3~10cm

等離子四極濺射熱陰極發(fā)射電子，在陰極和陽(yáng)極間產(chǎn)生等離子體。用電磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可使等離子體在中心軸附近聚焦成等離子柱。靶上加負(fù)高壓，等離子體中的正離子在電場(chǎng)作用下轟擊靶，使源原子濺射到接地的硅片上。特點(diǎn)：真空度要求低，淀積膜厚度容易控制，金屬膜的純度高。等離子四極濺射熱陰極發(fā)射電子，在陰極和陽(yáng)極間產(chǎn)生等離子體。等離子磁控濺射源示意圖1.濺射膜厚度傳感器2.行星盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3.溫度檢測(cè)熱偶4.行星盤(pán)5．擋板6.真空室放氣閥7.濺射靶（園環(huán)形）8.熱偶規(guī)9.高真空閥10.低真空閥11.機(jī)械泵12.前置（管道）閥13.熱偶規(guī)14.擴(kuò)散泵加熱器15.擴(kuò)散泵16.液氮冷阱17.靶體冷卻水及功率源饋管18.離子規(guī)19.環(huán)狀等離子體20.磁力線21.真空室22.電源柜23.控制柜24.陽(yáng)極等離子磁控濺射源示意圖1.濺射膜厚度傳感器高頻濺射在絕緣材料的背面加上一個(gè)金屬電極，加上高頻電壓，使絕緣材料中產(chǎn)生位移電流，實(shí)現(xiàn)絕緣材料的濺射淀積。頻率：10MHz特點(diǎn)：不需要熱陰極，能在較低的氣壓和電壓下進(jìn)行濺射，可以濺射多種材料的絕緣介質(zhì)膜。高頻濺射在絕緣材料的背面加上一個(gè)金屬電極，加上高頻電壓，使絕磁控濺射可濺射各種合金和難熔金屬；磁控濺射中襯底可不加熱，從陰極表面發(fā)射的二次電子由于受到磁場(chǎng)的束縛而不再轟擊硅片，避免了硅片的溫升及器件特性的退化。磁控濺射可濺射各種合金和難熔金屬；平板型磁控濺射源示意圖由于在陰極面上存在極強(qiáng)的磁場(chǎng)，電子受洛倫茲力作用而被限制在陰影區(qū)內(nèi)，沿著類(lèi)似擺線的軌跡運(yùn)動(dòng)（虛線），于是增加了電子與氣體的碰撞次數(shù)，增加了等離子體的密度，提高了濺射速率。平板型磁控濺射源示意圖由于在陰極面上存在極強(qiáng)的磁場(chǎng)，電子受洛真空蒸發(fā)與濺射成膜的比較蒸發(fā)濺射沉積速度較快較慢（磁控除外）膜的致密性很好更好膜與基板結(jié)合力較差牢固膜中含氣量很少較多膜材選擇性各材蒸汽壓相差大各材濺射率相差小操作要求操作要求較高，工藝重復(fù)性差工藝重復(fù)性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化真空蒸發(fā)與濺射成膜的比較蒸發(fā)濺射沉積速度較快較慢（磁控除外）合金化目的：使接觸孔中的鋁與硅之間形成低歐姆接觸，并增加鋁與二氧化硅之間的附著力，使互連線和壓焊點(diǎn)牢固的固定在硅片上。關(guān)鍵：合金溫度和合金時(shí)間的控制。合金化目的：使接觸孔中的鋁與硅之間形成低歐姆接觸，并增加鋁與五、刻蝕選用適當(dāng)?shù)母g劑，將掩膜層或襯底刻穿或減薄，以獲得完整、清晰、準(zhǔn)確的光刻圖形或結(jié)構(gòu)的技術(shù)腐蝕必須具有選擇性，腐蝕劑應(yīng)對(duì)光刻膠或掩膜層不腐蝕腐蝕因子：腐蝕深度與橫向腐蝕量之比分類(lèi)：干法等離子體腐蝕和濕法腐蝕五、刻蝕選用適當(dāng)?shù)母g劑，將掩膜層或襯底刻穿或減薄，以獲得完VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---保真度VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---保真度VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---選擇性VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---選擇性VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---均勻性VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---均勻性VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---清潔度VLSL對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求---清潔度刻蝕方法--濕法刻蝕?濕法刻蝕:利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。?三個(gè)步驟：1）反應(yīng)物擴(kuò)散到被刻蝕的材料表面；2）反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)；3）反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，并隨溶液被排出。刻蝕方法--濕法刻蝕?濕法刻蝕:利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的刻蝕方法--干法刻蝕?特點(diǎn):利用刻蝕氣體輝光放電形成的等離子體進(jìn)行刻蝕。?優(yōu)點(diǎn):各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，細(xì)線條操作安全，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無(wú)化學(xué)廢液，處理過(guò)程未引入污染，潔凈度高。?缺點(diǎn)：成本高，設(shè)備復(fù)雜。?分類(lèi)：物理性、化學(xué)性、物理化學(xué)性刻蝕?？涛g方法--干法刻蝕?特點(diǎn):利用刻蝕氣體輝光放電形成的物理性刻蝕?機(jī)理：利用輝光放電將惰性氣體解離成帶正電的離子，再利用偏壓將離子加速，轟擊被刻蝕物的表面，并將被刻蝕物材料的原子擊出。?設(shè)備：離子銑?特點(diǎn)：1.純粹的機(jī)械過(guò)程，對(duì)所有材料都可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)的各向異性刻蝕。2.選擇比差；3.刻出物易再淀積；4.易對(duì)下面結(jié)構(gòu)造成損傷；5.單片刻蝕。物理性刻蝕?機(jī)理：利用輝光放電將惰性氣體解離成帶正電的離子化學(xué)性刻蝕?機(jī)理：化學(xué)性刻蝕?機(jī)理：設(shè)備：高壓等離子體刻蝕機(jī)?特點(diǎn)：1.主要依靠化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕，選擇性好；2.各向異性差；3.對(duì)基底的損傷小4.刻蝕速度低。以CF4為刻蝕氣體刻蝕Si為例：e-+CF4→CF2+2F+e-Si+4F→SiF4Si+2CF2→SiF4+2C設(shè)備：高壓等離子體刻蝕機(jī)以CF4為刻蝕氣體刻蝕Si為例：物理化學(xué)性刻蝕?機(jī)理：物理性的離子轟擊和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的刻蝕。?設(shè)備：反應(yīng)離子刻蝕機(jī)（RIE)?傳統(tǒng)的RI