集成電路制造工藝

--常見的半導體薄膜薄膜生長------熱氧化薄膜制備--物理氣相淀積第二章薄膜制備半導體生產(chǎn)中常用的薄膜本章要點薄膜制備—外延生長薄膜制備--化學氣相淀積§2.1半導體生產(chǎn)中常用的薄膜將整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容等元件及其連線全部用<0.1μm的薄膜制成集成電路薄膜集成電路將整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容等元件及其連線全部用>0.1μm的薄膜制成集成電路厚膜集成電路集成電路分類良好的臺階覆蓋能力良好的粘附性高的深寬比填充結(jié)構(gòu)完整，厚度均勻應(yīng)力小薄膜的特性臺階覆蓋高的深寬比：高度/寬度數(shù)值很大深寬比填充應(yīng)變材料在外力作用下不能產(chǎn)生位移時，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為應(yīng)變（Strain）。應(yīng)力材料發(fā)生形變時內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力（Stress）應(yīng)力薄膜在襯底上生長的一層固體物質(zhì)，很薄。舉例MOS的柵氧化層，金屬薄膜薄膜的含義作為摻雜雜質(zhì)的阻擋層，金屬前絕緣介質(zhì)、金屬層間介質(zhì)、鈍化層等絕緣介質(zhì)膜作為外延層、高阻、柵等半導體膜連接作用，接觸作用，阻擋作用，抗反射作用金屬膜薄膜的分類常見的絕緣介質(zhì)薄膜絕緣介質(zhì)二氧化硅氮化硅摻雜二氧化硅§2.1.1半導體生產(chǎn)中常用的絕緣膜Si-O四面體二氧化硅的結(jié)構(gòu)Si-O四面體，每個四面體硅和氧原子比例為：1:2每個氧原子連接兩個硅原子。12二氧化硅的結(jié)構(gòu)二氧化硅平面結(jié)構(gòu)二氧化硅立體結(jié)構(gòu)SiO2基本結(jié)構(gòu)Si-O四面體SiO2結(jié)構(gòu)種類結(jié)晶型無定型特點四面體有規(guī)則地排列，網(wǎng)絡(luò)致密四面體無規(guī)則地排列，網(wǎng)絡(luò)中存在不規(guī)則的孔洞例石英熱氧化生長的SiO2二氧化硅結(jié)構(gòu)的種類結(jié)晶型SiO2無定型SiO214二氧化硅結(jié)構(gòu)的種類注意：自然氧化層：40?橋聯(lián)氧Si-O-Si非橋聯(lián)氧Si-O-橋聯(lián)氧原子濃度越高，網(wǎng)絡(luò)的強度越強，非橋聯(lián)氧濃度越高，網(wǎng)絡(luò)的強度越弱。SiO2網(wǎng)絡(luò)中的氧在非本征網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)雜質(zhì)在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置不同，雜質(zhì)可分為：代（替）位式雜質(zhì)、間隙式雜質(zhì)本征網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)中不含雜質(zhì)非本征網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)中含有雜質(zhì)SiO2中的雜質(zhì)代位式雜質(zhì)—網(wǎng)絡(luò)形成劑間隙式雜質(zhì)—網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)劑SiO2中的雜質(zhì)分類常見的代位式雜質(zhì)：B、P等原子在硅氧四面體中能取代硅原子，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的一類雜質(zhì)。雜質(zhì)原子的半徑與硅原子半徑接近或更小。代位式雜質(zhì)代位式雜質(zhì)，作為網(wǎng)絡(luò)的形成劑123SiO2中的雜質(zhì)幾種雜質(zhì)原子的半徑代位式雜質(zhì)結(jié)構(gòu)a：當網(wǎng)絡(luò)中摻入IIIA族元素，如B時，非橋聯(lián)氧數(shù)目減少，網(wǎng)絡(luò)的強度增強。b：當網(wǎng)絡(luò)中摻入VA族元素，如P時，非橋聯(lián)氧數(shù)目增多，網(wǎng)絡(luò)的強度減弱。代位式雜質(zhì)對網(wǎng)絡(luò)強度的影響P5+通常是以P2O5的形式進入SiO2網(wǎng)絡(luò)，P將替代Si的位置，形成P-O四面體。Si--O四面體代位式雜質(zhì)對網(wǎng)絡(luò)強度的影響--以摻入P5+為例P2O52(PO2）++[O=]代位式雜質(zhì)對網(wǎng)絡(luò)強度的影響--以摻入P5+為例代位式雜質(zhì)的條件？分析B雜質(zhì)是怎樣影響網(wǎng)絡(luò)強度的呢？定義間隙式雜質(zhì)--網(wǎng)絡(luò)的變形者（調(diào)節(jié)者）處于硅氧四面體間隙中孔洞位置的一類雜質(zhì)。雜質(zhì)原子的特點雜質(zhì)原子的半徑較大。實例Na、K、Pd、Ga等。對網(wǎng)絡(luò)強度的影響該類雜質(zhì)一般以金屬氧化物的形式進入網(wǎng)絡(luò)，會使網(wǎng)絡(luò)的非橋聯(lián)氧增多，因而會削弱網(wǎng)絡(luò)的強度。間隙式雜質(zhì)行為類似于間隙式雜質(zhì)，使網(wǎng)絡(luò)的強度減弱。網(wǎng)絡(luò)中的水汽常見的一些物理參數(shù)：密度、折射率、電阻率、介電常數(shù)、介電強度。注意：SiO2是玻璃體，沒有固定的熔點，只有軟化溫度為15000C.二氧化硅的性質(zhì)—物理性質(zhì)與酸的反應(yīng)：SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]六氟硅酸絡(luò)合物與堿的反應(yīng)：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O與Al的反應(yīng)：4Al+3SiO2=2Al2O3+3Si二氧化硅的性質(zhì)—化學性質(zhì)磷硅玻璃PSG(Phospho-silicateGlassPSG）缺點:易吸附水汽

作為半導體元器件的保護層

用來吸收、固定Na+和其他可動金屬電荷

覆蓋無源層,給無源層提供機械保護通過熱熔流，提高整個硅片表面的平坦化作用磷硅玻璃

硼磷硅玻璃BPSG：Boro-Phospho-silicateGlassBPSG）作用:

作為絕緣膜

用于平坦化硼磷硅玻璃二氧化硅在半導體生產(chǎn)中的應(yīng)用作為雜質(zhì)選擇擴散的掩蔽膜作為器件表面的保護和鈍化膜作為電容器材料作為MOS場效應(yīng)管的絕緣柵材料作為集成電路隔離介質(zhì)作為器件和電路的絕緣介質(zhì)N+SiO2二氧化硅作為選擇性擴散的掩蔽膜N-BBBBPXjA.掩蔽作用--膜能阻擋雜質(zhì)向半導體中擴散的能力a.雜質(zhì)在SiO2中并不是不擴散，只是擴散系數(shù)較小b.并不是所有的雜質(zhì)都能用SiO2來掩蔽如Al，Ga，In等雜質(zhì)在SiO2中的擴散系數(shù)比在Si中大，不能用SiO2來掩蔽）31例：0.1%的B源，3%的P源所以：DSi/DSiO2≈300,差2-3個數(shù)量級。當T=1200℃，B雜質(zhì)，DSi/DSiO2=(2.1*10-12）

/6*10-15≈3*102

BPT(℃)115012001250115012001250DSiO2(um2/s)2.5*10-156*10-151.2*10-147*10-152.2*10-146.5*10-14Dsi(um2/s)2*10-132.1*10-128*10-121*10-124*10-121.5*10-11B.掩蔽條件：擴散系數(shù)（D）

SiO2?Dsi

SiO2具有足夠的厚度雜質(zhì)在SiO2中的擴散長度可由下式計算：34二氧化硅作為器件的保護和鈍化膜目的：在晶圓表面覆蓋一層保護介質(zhì)膜，以防止表面污染35二氧化硅用作電容器材料導電板導電板絕緣介質(zhì)36二氧化硅用作柵氧柵N型襯底二氧化硅37二氧化硅用作隔離介質(zhì)

P+

N+N+BECWBP+

N+N+BECWBP襯底

SiO2N外延P-P-隔離

SiO238SiO2SiO2SiO2P-外延層P阱P阱二氧化硅用作隔離介質(zhì)V型槽介質(zhì)隔離MOS中的場氧隔離39典型二氧化硅的厚度（?）

柵氧（

工藝）20-60電容器電介質(zhì)5-100摻雜掩蔽的氧化物400-1200LOCOS（局部氧化隔離）氧化工藝200-500場氧2500到15000不同應(yīng)用下二氧化硅的厚度§2.1.1半導體生產(chǎn)中常用的絕緣膜常見的絕緣介質(zhì)薄膜絕緣介質(zhì)二氧化硅氮化硅摻雜二氧化硅氮化硅陶瓷球氮化硅的結(jié)構(gòu)白色粉狀晶體，化學式：Si3N4正八面體，2個頂是Si，四個N中間平面的4個點，4個N產(chǎn)生的平面的中心是第3個Si了。每個Si都連著四個N，每個N都連著3個硅，N-N之間沒有連接氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)三方：α-Si3N4六方：β-Si3N4立方：γ-Si3N4紫色圓球是氮原子，灰色圓球是硅原子43氮化硅是一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料；高強度，耐高溫；本身具有潤滑性，耐磨損，原子晶體高溫時抗氧化；能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。耐化學腐蝕：在濃強酸溶液中緩慢水解生成銨鹽和二氧化硅；易溶于氫氟酸，與稀酸不起作用。電絕緣性能高氮化硅的性質(zhì)44電子級的氮化硅薄膜是通過化學氣相淀積或者等離子體增強化學氣相淀積技術(shù)制造的氮化硅的制備3SiH4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12H2(g)3SiCl4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12HCl(g)3SiCl2H2(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+6HCl(g)+6H2(g)45氮化硅的作用作為雜質(zhì)擴散的掩蔽膜作為鈍化膜作為局部氧化的掩蔽膜作為雜質(zhì)與缺陷的萃取氮化硅作為雜質(zhì)擴散的掩蔽膜

對B、P、As雜質(zhì)Si3N4的掩蔽能力更強Al、Ga、In等雜質(zhì)的遷移和擴散不能用SiO2作掩蔽膜，只能用Si3N412

掩蔽膜更薄4

光刻精度更高347

Si3N4/SiO2/Si，改善Si3N4-Si直接的大應(yīng)力Si3N4對H2O和Na+有強烈的阻擋作用12

Si3N4有效阻擋H2O和O2的遷移4

電阻率比SiO2略小，更耐擊穿，散熱好3氮化硅作為鈍化膜48

利用Si3N4有效阻擋H2O和O2的遷移，使得抗氧化能力比Si大約100倍，用作MOS器件場氧化層制作時的LOCOS工藝（局部硅氧化）氮化硅作為局部氧化掩蔽膜氮化硅作為雜質(zhì)與缺陷的萃取源Si3N4-Si之間界面缺陷密度大，有很大應(yīng)力，高溫下，硅形成位錯，依靠位錯將雜質(zhì)和缺陷萃取出來1

如果Si3N4靠近有源區(qū)，作為介質(zhì)層或者鈍化膜，會影響載流子的遷移率，影響性能，甚至龜裂。2§2.1.2半導體生產(chǎn)中常用的半導體膜常見的半導體薄膜半導體膜硅鍺砷化鎵§2.1.2半導體生產(chǎn)中常用的半導體膜常見的半導體薄膜半導體膜硅鍺砷化鎵硅的結(jié)構(gòu)Si，14號，深灰色、帶藍色調(diào)立方體（金剛石型）結(jié)構(gòu)共價鍵結(jié)合隨溫度升高，電導率增大，1480℃左右達到最大，超過1600℃后又隨溫度的升高而減??；與單質(zhì)反應(yīng)：Si+O?==SiO?，Si+2F?==SiF?Si+2Cl?==SiCl?高溫真空條件下可以與某些氧化物反應(yīng)：2MgO+Si==Mg(g)+SiO?與酸反應(yīng)：只與氫氟酸反應(yīng)：Si+4HF==SiF?↑+2H?↑與堿反應(yīng)：Si+2OH?+H?O==SiO?2?+2H?↑（如NaOH，KOH）硅的性質(zhì)54單晶硅多晶硅無定型硅硅的分類晶體硅納米硅集成電路硅片晶體硅多晶硅的性質(zhì)熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。熔點1410℃，沸點2355℃溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸室溫下質(zhì)脆，切割時易碎裂加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)，熔融狀態(tài)活性大多晶硅的用途

形成淺結(jié)擴散源

使得閾值電壓下降，提高開關(guān)速度多晶硅柵高值電阻

太陽能電池形成單晶硅的基本材料太陽能電池單晶硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)金剛石晶格，晶體硬而脆，金屬光澤，導電能力且隨著溫度升高而增加，具有半導體性質(zhì)。熔融的單質(zhì)硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅形成單晶硅性質(zhì)

在半導體生產(chǎn)中主要用作外延層單晶硅應(yīng)用單晶硅用作外延層分立器件中外延層集成電路中外延層鍺的性質(zhì)和用途性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下不與空氣或水蒸汽作用，600～700℃，生成二氧化鍺。與鹽酸、稀硫酸不起作用。鍺粉末狀呈暗藍色，結(jié)晶狀，為銀白色脆金屬。原子排列與金剛石差不多12第一代半導體材料，熔點比硅低，禁帶寬度約0.66eV（硅為1.11eV）3砷化鎵的性質(zhì)與用途Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，可以制成半絕緣的高阻單晶襯底GaAs中的電子在低電場下的遷移率較高，且易于生長成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，有利于制造出超高速的晶體管與集成電路屬于直接帶隙型半導體材料，制作各種半導體發(fā)光器件§2.1.3半導體生產(chǎn)中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物§2.1.3半導體生產(chǎn)中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物

在基區(qū)和發(fā)射區(qū)、柵區(qū)及有源區(qū)形成歐姆接觸

將IC里的各元件連起來，形成一個功能完善

而強大的IC。連接作用接觸作用

阻擋Al與Si的互溶，防止結(jié)的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻擋作用導電膜在半導體生產(chǎn)中的應(yīng)用鋁的性質(zhì)地殼中的含量豐富（第三），便宜，銀白色輕金屬，有延展性熔點660℃

，沸點2327℃化學性質(zhì)活潑，易氧化，在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約50?（埃）良好的導電性和導熱性（20℃，電阻率2.65μ?·cm）在硅和二氧化硅中有高的擴散率易淀積，易刻蝕與二氧化硅粘附型好鋁的用途導熱和導電能力應(yīng)用于互連引線。比較軟，可制成各種鋁合金12保護膜，反射鏡，金屬陶瓷，炸藥等312鋁容易淀積，容易刻蝕3與硅、二氧化硅的粘附性較好純Al材料的電阻率低,鋁在20℃時具2.65μ?·cm的電阻率）

超大規(guī)模集成電路中的鋁膜特點67鋁金屬化中存在的問題鋁硅的肖特基接觸電遷移鋁尖刺產(chǎn)生原因：鋁硅接觸時，較多的硅溶入到鋁中，在硅中造成較大的空洞，鋁就在某些接觸點上象尖釘一樣刺入到硅中鋁尖刺產(chǎn)生的原因N+PNN+用于歐姆接觸

作為電極接觸的主要為歐姆接觸（N+），肖特基接觸（單向?qū)щ娦裕┯糜谝恍㏕TL電路中的箝位二極管鋁硅的肖特基接觸摻雜濃度>1019/cm3可以通過高摻雜來形成歐姆接觸鋁硅的肖特基接觸N型硅襯底，摻雜濃度較低時-肖特基接觸，當摻雜濃度增加時，電子的隧道穿透幾率增加，成為主要的電流傳輸機構(gòu)，轉(zhuǎn)為歐姆接觸型由于金屬和半導體功函數(shù)的差和表面勢的影響，使得鋁硅接觸常常呈肖特基接觸12在大電流情況下，鋁離子逆著電流方向移動的一種現(xiàn)象。定義

電子與鋁原子的相互碰撞引起相互間的動能交換，稱之為“電子風”.產(chǎn)生原因陽極：鋁離子堆積，易形成小丘，造成兩層之間的連線短路.造成結(jié)果陰極：鋁離子損耗，易形成空洞，造成連線減薄而引起斷路。電遷移產(chǎn)生的原因

結(jié)果:陽極：短路。

陰極：斷路。電遷移產(chǎn)生的結(jié)果用鋁硅合金代替純鋁加入1%重量的硅）

采用金屬阻擋層結(jié)構(gòu)鋁阻擋層n+n+多晶硅硅化物介質(zhì)場氧化具有金屬阻擋層的鋁硅接觸

采用高摻雜消除鋁硅接觸中的肖特基現(xiàn)象鋁金屬化改進的方法

采用鋁銅或鋁硅銅合金來減少電遷移

采用三層夾心結(jié)構(gòu)減少電遷移采用“竹節(jié)狀”結(jié)構(gòu)減少電遷移§2.1.3半導體生產(chǎn)中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物

延展性好，導熱性和導電性高，銅合金機械性能

優(yōu)異，電阻率很低，1.75×10-8Ω·m

化學符號Cu，29號，紅橙色帶金屬光澤，單質(zhì)

紫紅色，面心立方，抗磁性12

熔點1083.4±0.2℃，沸點2567℃4

與氧、硫、氯素、酸容易發(fā)生化學反應(yīng)，可做催化劑3銅的性質(zhì)銅連線的電阻R比鋁連線小1減小功耗2更高的集成密度3減少工藝步驟5良好的抗電遷移能力4銅作為互連線的優(yōu)點銅在氧化硅和硅中的擴散系數(shù)較快，漏電1難以利用常規(guī)等離子體刻蝕出圖形2易被氧化，與二氧化硅的黏附性較差3銅作為互連線的缺點

鎢插塞做第一層金屬與源、漏、柵區(qū)的連接

銅在氧化硅和硅之間加一層阻擋層12在氮氣或者惰性其他保護下，不被氧化4雙大馬士革工藝3銅互連問題采用的方法銅互連工藝(1)層間介質(zhì)淀積，通孔刻蝕(2)阻擋層金屬淀積，CVD淀積銅種子層(4)CMP拋光清除多余的銅(3)銅電鍍銅雙大馬士革工藝82銅電鍍工藝電鍍過程中銅離子對已淀積銅表面的轟擊，形成一種淀積/刻蝕/淀積的過程，提高其臺階覆蓋和溝槽填充能力銅電鍍工具第一步磨掉晶圓表面的大部分金屬；第二步降低研磨速率的方法精磨與阻擋層接觸的金屬，并通過終點偵測使研磨停在阻擋層上；第三步磨掉阻擋層以及少量的介質(zhì)氧化物，并用大量的去離子水（DIW）清洗研磨墊和晶圓兩側(cè)表面。銅的CMP工藝85SiO2用PECVD淀積內(nèi)層氧化硅銅雙大馬士革工藝流程--SiO2

淀積86銅雙大馬士革工藝流程—Si3N4

淀積HDPCVD淀積厚250?的Si3N4

刻蝕阻擋層Si3N487銅雙大馬士革工藝流程--Si3N4

刻蝕SiN干法刻蝕氮化硅，確定通孔圖形和阻擋層88銅雙大馬士革工藝流程--SiO2

淀積SiO2為保留層間介質(zhì)，PECVD淀積氧化硅89Photoresist銅雙大馬士革工藝流程—確定互連圖形利用光刻確定氧化硅槽圖形，帶膠。在確定圖形之前將通孔窗口放在槽里。90銅雙大馬士革工藝流程--刻蝕互連槽和通孔在層間介質(zhì)氧化硅中干法刻蝕溝道，停止在Si3N4層。穿過Si3N4層中的開口繼續(xù)刻蝕形成通孔窗口。91阻擋層金屬銅雙大馬士革工藝流程--淀積阻擋層金屬在槽和通孔的底部及側(cè)壁用離子化的PVD淀積鉭(TaN）和氮化鉭擴散層。92銅種子層銅雙大馬士革工藝流程--淀積種子層用CVD.淀積連續(xù)的銅種子層，種子層必須是均勻的并且沒有針孔。93銅層用電化學淀積(ECD).淀積銅填充，即填充通孔窗口也填充槽。銅雙大馬士革工藝流程--淀積銅填充94Copper用CMP清除額外的銅，這一過程平坦化了表面并為下道工序做了準備。最后的表面是一個金屬鑲嵌在介質(zhì)內(nèi)，形成電路的平面結(jié)構(gòu)。銅雙大馬士革工藝流程—CMP清除多余的銅鋁和銅之間特性和工藝的比較特性/工藝AlCu電阻率(

-cm)2.65(3.2forAl-0.5%Cu)1.678抗電遷徒LowHigh空氣中抗侵蝕

HighLowCVD工藝YesNoCMP化學機械平坦化工藝YesYes雙大馬士革流程覆蓋ILD層和CMP氮化硅刻蝕終止層

(光刻和刻蝕)第二層ILD淀積和穿過兩層氧化硅刻蝕銅填充銅CMP傳統(tǒng)互連流程氧化硅通孔2刻蝕鎢淀積+CMP金屬2淀積+刻蝕覆蓋ILD層和CMP鋁互連與銅互連工藝比較§2.1.3半導體生產(chǎn)中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物

在基區(qū)和發(fā)射區(qū)、柵區(qū)及有源區(qū)形成歐姆接觸

將IC里的各元件連起來，形成一個功能完善

而強大的IC。連接作用接觸作用

阻擋Al與Si的互溶，防止結(jié)的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻擋作用導電膜在半導體生產(chǎn)中的應(yīng)用PVDAl：臺階覆蓋差，形成空洞CVDW：優(yōu)異的臺階覆蓋及填縫能力接觸孔越來越小且窄，需要更強的填充能力12鎢是難熔材料，熔點為：3417℃，在20℃時，體電阻率是52.8μΩ?cm4鎢電阻率較高（1.7uΩ?cm），具有高深寬比的通孔填充能力，可作為局部互連或者填充（插塞）3鎢的性質(zhì)鎢插塞1.厚氧化層淀積2.氧化層平坦化3.穿過氧化層刻蝕接觸孔4.阻擋層金屬淀積5.鎢淀積6.鎢平坦化1.穿過氧化層刻蝕接觸孔2.鋁淀積3.鋁刻蝕早期金屬化技術(shù)鋁接觸孔氧化硅(介質(zhì))在接觸孔(通孔)中的鎢塞氧化硅(介質(zhì))現(xiàn)代金屬化技術(shù)多層金屬的鎢填充塞SiO2IC中的金屬塞§2.1.3半導體生產(chǎn)中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物

在基區(qū)和發(fā)射區(qū)、柵區(qū)及有源區(qū)形成歐姆接觸

將IC里的各元件連起來，形成一個功能完善

而強大的IC。連接作用接觸作用

阻擋Al與Si的互溶，防止結(jié)的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻擋作用導電膜在半導體生產(chǎn)中的應(yīng)用105阻擋層金屬銅用于銅互連結(jié)構(gòu)的阻擋層對0.25μm工藝厚度為100nm；對0.35μm工藝厚度為400～600nm阻止銅擴散低薄膜電阻對介質(zhì)材料和銅都有很好的附著與化學機械平坦化過程兼容具有很好的臺階覆蓋，填充高深寬比能力允許銅有很小的厚度，占據(jù)最大的橫截面積

銅互連中金屬阻擋層的要求

TiSi2作為最常用的接觸材料，常采用Ti的硅化物

自對準工藝Ti作為接觸層，能有效去除氧，避免形成鋁或鎢的氧化物，降低接觸電阻12

TiN能作為擴散阻擋層，有效防止鋁或鎢向襯底擴散，作為粘附層，提高鎢與SiO2的粘附能力4

TiN可作為抗反射涂層（ARC），減少金屬層在光刻工藝中的對光的反射3其他IC中常用的金屬--Ti鈦（Ti）的作用多晶硅作為柵極材料的優(yōu)點能承受高溫工藝，能實現(xiàn)源漏自對準工藝可方便調(diào)節(jié)功函數(shù)，降低開啟電壓

多晶硅作為互連材料的局限過高的電阻率，只適合局部互連多晶硅硅化物是一種具有熱穩(wěn)定性的金屬化合物，在硅/難熔金屬的分界面具有低的電阻率難熔金屬與硅在一起發(fā)生反應(yīng)，熔合時形成硅化物12用于減小許多源漏和柵區(qū)硅接觸的電阻，常用的難熔金屬有鈦、鉭、鈷4多晶硅化物對減小連接多晶硅的串聯(lián)電阻，保持了多晶硅對氧化硅好的界面特性3金屬硅化物低的、類金屬的電阻率1高溫穩(wěn)定性好2抗電遷移能力強3可作為接觸材料，以及柵極和互連材料5與硅襯底接觸電阻小，附著性好4金屬硅化物的特點鈦多晶硅化物鈦硅化物多晶硅柵摻雜硅多晶硅上的多晶硅化物硅化物最低熔化溫度(

C)形成的典型溫度(

C)電阻率(

-cm)鈷/硅(CoSi2)900550–70010–18鉬/硅(MoSi2)1410900–1100100鉑/硅(PtSi)830700–80028–35鉭/硅(TaSi2)1385900–110035–45鈦/硅(TiSi2)1330600–80013–25鎢/硅(WSi2)1440900–110070硅化物的特性

燒結(jié)的溫度

電阻率

TiSi2–C49

625–675

C

60–65

??cmTiSi2–C54

800

C

10–15

?cmTiSi2的退火自對準硅化物在源/漏和第一金屬層之間電接觸的面積是很小的。這個小的接觸面積將導致接觸電阻增加。一個可提供穩(wěn)定接觸結(jié)構(gòu)、減小源/漏區(qū)接觸電阻的工藝被稱為自對準硅化物技術(shù)。自對準硅化物的主要優(yōu)點是避免了對準誤差。鈦/鈦鉭阻擋層金屬金屬鎢鈦硅化物接觸Siliconsubstrate多晶硅柵鈦硅化物接觸OxideOxideSourceDrain硅接觸上的難溶金屬硅化物2.鈦淀積硅襯底1.有源硅區(qū)場氧化層側(cè)墻氧化層多晶硅有源硅區(qū)3.快速熱退火處理鈦硅反應(yīng)區(qū)4.去除鈦TiSi2形成自對準金屬硅化物的形成去除表面自然氧化物，淀積金屬Ti或Co退火，Ti與硅發(fā)生反應(yīng)生成TiSi2濕法刻蝕去掉未反應(yīng)的Ti自對準TiSi2工藝STITiSi2STISGDTiSi2TiSi2TiSi2減少的方阻減少柵的電阻減少的接觸電阻減少的二極管漏電與自對準硅化物有關(guān)的芯片性能問題要求高導電率，能夠傳道高電流密度1能夠黏附下層襯底，容易與外電路實現(xiàn)電連接2易于淀積經(jīng)相對低溫處理后具有均勻的結(jié)構(gòu)和組分3經(jīng)受溫度循環(huán)變化，相對柔軟且有好的延展性5提供高分辨率的光刻圖形4作為互連金屬薄膜的要求很好的抗腐蝕性，層與層以及下層器件區(qū)有最小的化學反應(yīng)。6很好的抗機械應(yīng)力特性，以便減少硅片的扭曲和材料的失效。7121材料熔點(

C)電阻率(

-cm)硅(Si)1412

109摻雜的多晶硅1412

500–525鋁(Al)6602.65銅(Cu)10831.678鎢(W)34178鈦(Ti)167060鉭(Ta)299613–16鉬(Mo)26205鉑(Pt)177210集成電路中常用的材料可降低互連引線導致的延遲時間可大大提高ULSI的集成密度，進一步提高集成度12多層互連的意義金屬層PMDIMD接觸孔(contacts)通孔(Via)多層互連的基本結(jié)構(gòu)器件制備介質(zhì)淀積平坦化接觸及通孔形成金屬化是否最后一層生長鈍化層結(jié)束是否多層互連的工藝流程刻蝕接觸孔（Contact）淀積鎢多層互連的工藝流程（1）形成鎢塞及淀積鋁刻蝕鋁多層互連的工藝流程（2）層間介質(zhì)（IMD）淀積刻蝕通孔（Via）多層互連的工藝流程（3）形成第二層鎢塞及淀積鋁刻蝕鋁多層互連的工藝流程（4）淀積IMD2刻蝕Via2多層互連的工藝流程（5）淀積Metal3淀積IMD3多層互連的工藝流程（6）鋁用作傳統(tǒng)的互聯(lián)金屬線。歐姆接觸是硅和互連金屬之間的低阻接觸。金屬化淀積的金屬薄膜，在芯片上形成了互連金屬線和接觸孔或通孔連接。12鋁也常和銅形成合金最大程度地解決電遷徒穩(wěn)定性問題，銅的含量在0.5％～4％之間4銅和具有低K值的介質(zhì)聯(lián)合使用將減小芯片的互連延遲。3金屬互連的幾個重要問題（1）132金屬互連的幾個重要問題（2）硅化物是難熔金屬和硅形成的合金，用于減小接觸電阻和附著。連接金屬時常使用阻擋層金屬，不同的阻擋層金屬是否具有合適的特性取決于應(yīng)用。56自對準硅化物是一種特殊的硅化物，它被用于對準源、漏和柵結(jié)構(gòu)。7謝謝！集成電路制造工藝

--二氧化硅的熱氧化機理單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學院微電子教研室第二章薄膜制備薄膜生長------熱氧化薄膜制備--物理氣相淀積半導體生產(chǎn)中常用的薄膜本章要點薄膜制備—外延生長薄膜制備--化學氣相淀積薄膜制備薄膜生長襯底的表面材料參與反應(yīng)，是薄膜的形成部分元素之一，如硅的氧化反應(yīng)。薄膜淀積薄膜形成的過程中，并不消耗襯底的材料，而是在系統(tǒng)中生成了所需要的薄膜物質(zhì)淀積在襯底上形成薄膜，如PVD，CVD主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測熱氧化：高溫下，潔凈的硅片與氧化劑反應(yīng)生成一層SiO2膜氧元素硅片提供硅原子二氧化硅高溫§2.2.1二氧化硅的熱氧化機理熱氧化的含義熱氧化的特點高溫：900~1200℃，氧化劑：水或者氧氣條件工藝簡單、操作方便、氧化膜質(zhì)量最佳、膜的穩(wěn)定性和可靠性好，還能降低表面懸掛鍵，很好的控制界面陷阱和固定電荷特點氧化反應(yīng)始終發(fā)生在Si/SiO2的界面處硅O2orH2O硅O2orH2O反應(yīng)方程式：Si+O2

SiO2

；或Si＋H2O

SiO2＋H2熱氧化反應(yīng)式熱氧化反應(yīng)過程由于氧化時加入了氧原子，所以體積增加0.44體積Si1體積SiO2SiO2表面原始的Si表面硅襯底SiO2氧化后的襯底表面體積的變化1個單位厚度的Si可生成2.2個單位厚度的二氧化硅CSi=5.0

1022cm-3CSiO2=2.2

1022cm-3dSi/dSiO2=CSiO2/CSi氧化初始硅表面氧化前SilicondSi44%56%體積的變化分析dSiO2SiO2氧化后SilicondSi/dSiO2=CSiO2/Csi=2.2/5=0.44反應(yīng)機理結(jié)論

長1um的二氧化硅會消耗0.44um的硅氧化反應(yīng)始終發(fā)生在Si-SiO2界面處，即發(fā)生反應(yīng)的硅來自硅的表面，隨著反應(yīng)的進行，硅表面的位置向硅內(nèi)移動。這樣氧化劑中的污染物留在二氧化硅的表面。熱氧化生長的模型------迪爾格羅夫模型b.氧化劑通過已生成的SiO2層到達Si-SiO2交界面該模型把氧化分成了三個階段a.氧化劑從氣相轉(zhuǎn)移到已生成的SiO2表面c.氧化劑與硅反應(yīng)生成SiO2流動氣體SiO2Si熱氧化生長規(guī)律tox2=B(t+τ）當T>1000℃時，

此時氧化膜厚度與時間呈拋物線關(guān)系B稱為拋物線速率常數(shù)熱氧化生長規(guī)律表達式（1）當T<1000時，此時氧化膜厚度與時間呈線性關(guān)系B/A稱為線性速率常數(shù)一般氧化溫度均大于1000℃，所以氧化主要呈現(xiàn)拋物線規(guī)律。熱氧化生長規(guī)律表達式（2）不同溫度和氧化方式下硅熱氧化速率常數(shù)形式溫度（℃）A(μm)B(μm2/min)B/A(μm2/min)τ（min）干氧氧化12000.047.5*10-41.87*10-21.6211000.094.5*10-40.50*10-24.5610000.1651.95*10-40.118*10-222.29200.2350.82*10-40.0347*10-284濕氧氧化12000.051.2*10-22.4*10-1011000.110.85*10-20.773*10-1010000.2260.48*10-2

0.211*10-10水汽氧化12000.0171.457*10-28.7*10-1011000.0830.909*10-21.09*10-1010000.3350.520*10-20.148*10-10149迪爾-格羅夫模型應(yīng)用

一種模型：氧化層內(nèi)存在電場，增強擴散；

另一種模型：氧化層中存在50?的微溝道；

τ值校正迪爾-格羅夫模型能精確預(yù)計超過300?的氧化生長厚度規(guī)律，厚度小于300?時實驗發(fā)現(xiàn)干氧氧化要比預(yù)計的增加了4倍或更多。

應(yīng)用柵氧主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測熱氧化速率的影響因素氧化方法（機制）氧化溫度硅的晶向氧化劑壓力摻雜水平熱氧化速率的影響因素氧化方式氧化溫度硅片晶向氧化劑壓力摻雜水平干氧氧化最慢，水汽氧化最快溫度越高，速度越快線性階段：（111）比（100）晶向稍快壓力越大，速率越快摻雜濃度越高，速率越快氧化方法對氧化速率的影響干氧氧化氧化速率很慢，氧化膜結(jié)構(gòu)致密氧化速度快，氧化膜結(jié)構(gòu)疏松。水汽氧化濕氧氧化氧化速度介于干氧和水汽氧化之間水汽氧化速率>濕氧氧化速率>干氧氧化速率時間較長，T>1000℃時，tox2=B(t+τ）；

B為拋物線速率常數(shù)時間較短，T<1000時，

tox=B(t+τ）/A;

B/A線性速率常數(shù)熱氧化生長規(guī)律表達式不同溫度和氧化方式下硅熱氧化速率常數(shù)形式溫度（℃）A(μm)B(μm2/min)B/A(μm2/min)τ（min）干氧氧化12000.047.5*10-41.87*10-21.6211000.094.5*10-40.50*10-24.5610000.1651.95*10-40.118*10-222.29200.2350.82*10-40.0347*10-284濕氧氧化12000.051.2*10-22.4*10-1011000.110.85*10-20.773*10-1010000.2260.48*10-2

0.211*10-10水汽氧化12000.0171.457*10-28.7*10-1011000.0830.909*10-21.09*10-1010000.3350.520*10-20.148*10-10溫度和晶向?qū)ρ趸俾实挠绊懜裳跹趸瘽裱跹趸趸瘎毫ρ趸俾实挠绊憠毫υ鰪?，迫使原子更快的穿越氧化?高壓氧化，可以降低溫度2相同溫度，速率更快3摻雜對氧化速率的影響重摻雜的硅比輕摻雜的硅氧化速率要快1拋物線階段，硼摻雜比磷快2線性階段，硼摻雜和磷摻雜差不多3主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測§2.2.2基本的熱氧化方法干氧氧化水汽氧化濕氧氧化熱氧化方法原理：干燥的氧氣與硅片反應(yīng)生成SiO2特點：氧化膜結(jié)構(gòu)致密，但氧化速度慢干氧氧化O2+Si=SiO2原理：水蒸汽與硅片反應(yīng)氧化膜結(jié)構(gòu)疏松，氧化速度快特點：水汽氧化H2O+Si=SiO2+H2原理干燥的氧氣通過95℃的水浴，攜帶水蒸汽進入氧化爐和硅片反應(yīng)。氧化膜質(zhì)量和氧化速度介于干氧和水汽氧化之間，是主要的熱氧化方式特點濕氧氧化第一次干氧：膜的結(jié)構(gòu)致濕氧：生成所需的二氧化硅第二次干氧：獲得良好的硅-二氧化硅交界面,使表面干燥，提高和光刻膠的粘附性干-濕-干氧氧化主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測§2.2.3常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程臥式爐常規(guī)濕氧氧化系統(tǒng)示意圖立式氧化爐系統(tǒng)示意圖立式爐爐內(nèi)硅片熱氧化的操作規(guī)程氧化前清洗熱氧化工藝氧化后檢查1號標準洗液SC-1）,2號標準洗液SC-2）爐體及相關(guān)設(shè)備的清洗維護特別是石英器皿）工藝中的化學藥品的純度硅片的清洗氧化前清洗氧化氣氛的純度氧化工藝介紹步驟時間（min）溫度（℃）N2凈化氣（slm）N2(slm）工藝氣體O2(slm）工藝氣體HCl(sccm）注釋0

8508.0000待機狀態(tài)15850

8.000裝片27.5升溫速率20℃/min

8.000升溫351000

8.000溫度穩(wěn)定4301000

02.50干法氧化5301000

8.000退火630降溫速率5℃/min

8.000降溫75850

8.000卸片8

850

8.000待機狀態(tài)氧化工藝流程在膜厚儀操作界面上選擇相應(yīng)測試菜單，選擇測試位置。完成后按下回車，機械臂將測試圓片送入測試腔體。將下料后的測試片或產(chǎn)品片）連片盒在膜厚測試儀上放置好。如測量對象為測試片，設(shè)備自動測試圓片。如測量對象為產(chǎn)品片則需要手動滾動位置調(diào)整球，調(diào)節(jié)測量點至相應(yīng)膜厚區(qū)域，調(diào)整至正確位置后，按下回車，對該點膜厚進行測量。氧化后的檢驗（1）記錄各批產(chǎn)品每批一片）的膜厚，包括片內(nèi)五點的數(shù)值，片內(nèi)五點的平均值、折射率及片內(nèi)均勻性。只能測控制片時要記錄控制片的完整片號，片內(nèi)五點的數(shù)值，片內(nèi)五點的平均值及片內(nèi)均勻性。在管理系統(tǒng)ERP系統(tǒng)）中輸入相應(yīng)測量數(shù)據(jù)，并記錄跟蹤產(chǎn)品，將產(chǎn)品送下道工序氧化后的檢驗（2）主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測§2.2.4其他的熱氧化方法摻氯氧化氫氧合成氧化高壓氧化

界面處的氯能降低固定氧化物電荷

界面處的氯對Na+俘獲和中性化

摻氯氧化能抑制氧化層錯摻氯氧化是在硅熱氧化時添加微量的氯元素，進行二氧化硅膜生長的工藝。生長原理摻氯作用

氯源：HCl,CCl4，一般采用HCl

濃度：一般控制在3-6%

方法：一般和干氧氧化同時進行摻氯工藝摻氯氧化氫氣和氧氣燃燒生成水。該水的純度比去離子水的純度高得多，使膜的純度高，尤其是Na+沾污少燃燒H2OH2+O2（1）

生長原理：H2與O2的比例必須小于2:1，注意注入器噴口的溫度，以保證在著火點(585℃）以上（2）

工藝注意事項：氫氧合成氧化（3）生長系統(tǒng)：氫氧合成氧化設(shè)備示意圖179氫氧合成氧化設(shè)備與常規(guī)熱氧化的區(qū)別兩個保險裝置：錯誤比例報警裝置和低溫報警裝置。注入器，這是氫和氧注入合成氧氣的裝置；12180氫氧合成氧化注意事項兩個保險裝置：錯誤比例報警裝置和低溫報警裝置。注入器，這是氫和氧注入合成氧氣的裝置；1221定期檢查氫氣、氮氣、氧氣氣體管道是否漏氣氧化前檢查注入器噴口前端是否在氫氣的點火溫度以上，是否在石英管界面的中心位置上注意石英管是否蓋緊，不可有泄漏4進行設(shè)備調(diào)試時，必須充分通以氮氣才能工作5氧化結(jié)束要用氮氣排除廢氣，一定要把殘留在爐內(nèi)的氣體排除干凈。氫氧合成氧化注意事項3特點與常壓相比，氧化速度更快能提高氧化膜的質(zhì)量，氧化膜的密度加大種類高壓干氧氧化高壓水汽氧化氫氧合成高壓水汽氧化高壓去離子水注入式水汽氧化高壓氧化主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測§2.2.5硅-二氧化硅系統(tǒng)電荷界面陷阱電荷氧化層固定電荷氧化層陷阱電荷可動離子電荷界面陷阱電荷：Qit氧化層陷阱電荷：Qot氧化層固定電荷：Qf可動離子電荷：Qm硅-二氧化硅系統(tǒng)電荷界面陷阱電荷含義：二氧化硅-硅界面處沒有被消除的懸空共價鍵構(gòu)成了界面陷阱電荷原因：硅在氧化時，表面的不飽和鍵轉(zhuǎn)變成二氧化硅有些依然沒有飽和。結(jié)果：界面陷阱電荷可以是施主能級也可以是受主能級，還可以是少子的復(fù)合中心，容易造成界面載流子的變化，導致界面特性不穩(wěn)定。比色法干涉法橢偏法界面陷阱電荷解決方法：干氧氧化：具有較高的界面太密度，可加入少量水汽減少界面太密度。濕氧氧化：界面太密度加大，氧化后可在氫、氮氣或者惰性氣氛下低溫退火減少界面太密度。氧化層固定電荷含義：氧化層中的固定電荷帶正電。原因：硅-二氧化硅界面處氧離子不足而出現(xiàn)的氧空位引起的。結(jié)果：正電荷會吸引硅一側(cè)的負電荷，嚴重時引起硅的反型，對MOS器件，嚴重影響表面特性和閾值電壓的穩(wěn)定性。解決方法：表面器件采用（100）晶面的單晶材料，因為（100）晶面的固定電荷和界面態(tài)密度比較小。氧化層陷阱電荷數(shù)值：二氧化硅-硅界面處沒有被消除的懸空共價鍵構(gòu)成了界面陷阱電荷109-1013/cm2原因：高能電子、離子、電磁輻射或者其他輻射掃過帶有二氧化硅的表面產(chǎn)生，或者由熱電子注入產(chǎn)生。比色法干涉法橢偏法氧化層陷阱電荷解決方法：選擇適當?shù)难趸瘲l件改善二氧化硅結(jié)構(gòu)，如1000℃的干氧氧化；惰性氣體中進行退火，減少電離輻射陷阱；采用抗輻射介質(zhì)膜比色法干涉法橢偏法可動離子電荷數(shù)值：Na+電荷可達1012-1015Q/cm2原因：無定型網(wǎng)絡(luò)中的調(diào)節(jié)劑：Na+、K+、Li+等與非橋聯(lián)氧以微弱的鍵合力結(jié)合?；瘜W試劑、去離子水等引入Na+192結(jié)果：100-250℃和正向電壓（106V/cm）作用下，可動電荷被就激活離開陷阱向硅-二氧化硅界面漂移，是界面電荷不穩(wěn)定，造成MOS器件閾值電壓和雙極型器件電流放大系數(shù)、擊穿電壓、反向電流層參數(shù)發(fā)生變化，導致器件特性退化或者失效?？蓜与x子電荷比色法干涉法橢偏法可動離子電荷解決方法：摻氯氧化或者用氯清洗爐管等容器；加強工藝衛(wèi)生，嚴防硅片和一切用具及操作者接觸；采用高純化學試劑，改進清洗方法和步驟采用電子束蒸發(fā)或者用鉬絲代替鎢絲做蒸發(fā)加熱器用Al2O3-SiO2、Si3N4-SiO2、PSG-SiO2等復(fù)合膜代替單一的二氧化硅膜主要內(nèi)容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規(guī)熱氧化設(shè)備及操作規(guī)程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統(tǒng)電荷二氧化硅質(zhì)量檢測§2.2.6二氧化硅質(zhì)量檢測厚度檢測氧化層電荷檢測氧化層晶格質(zhì)量檢測比色法干涉法橢偏法利用反射光1和2的光程差滿足一定條件時出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，干涉條紋數(shù)與厚度的對應(yīng)關(guān)系來計算利用橢圓偏振光投射到樣品表面，觀察反射光偏振狀態(tài)的變化，確定薄膜厚度和折射率利用不同厚度的SiO2膜對白光反射得到不同的干涉色彩的現(xiàn)象來判斷膜厚。氧化層厚度的檢測1）比色法首先要確定所在的周期，然后根據(jù)顏色來判斷SiO2本身是一種無色透明的介質(zhì)，之所以出現(xiàn)各種顏色，是由于光的干涉注意：特點：方便，迅速，但帶有一定的主觀因素，測量精度不夠。顏色氧化層厚度(10-8cm）第一周期第二周期第三周期第四周期灰色100黃褐色300藍色800紫色1000275046506500深藍色1500300049006800綠色1850330052007200黃色2100370056007500橙色225040006000紅色2500430065002）光學干涉法

其中：d為氧化層的厚度

λ為入射光的波長

nox為SiO2的折射率N為干涉條紋數(shù)計算公式：其中：d為氧化層的厚度為入射光的波長

SiO2的折射率N為干涉條紋數(shù)含義：利用橢圓偏振光照射到被測樣品表面，觀測反射光偏振狀態(tài)的改變，從而測定樣品固有的光學常數(shù)或者樣品上膜層的厚度。3）橢圓偏振法原理：激光光源，常用氦-氖激光器發(fā)出的單色自然光，起偏后變成線偏振光，再經(jīng)過1/4波片后變成橢圓偏振光。這束橢圓偏振光在樣品表面反射后，光的偏振狀態(tài)如振幅和相位都發(fā)生了變化，變化的情況與介質(zhì)膜的厚度及折射率有關(guān)。通過調(diào)節(jié)起偏器和檢偏器的角度，產(chǎn)生消光狀態(tài)，由消光狀態(tài)即可得到膜的性質(zhì)。3）橢圓偏振法203特點及應(yīng)用：橢圓偏振光的測量精度高，能同時測出膜的厚度和折射率，而且是一種非破壞性的測試方法。測量范圍可以從0.1到幾個μm測量介質(zhì)薄膜如二氧化硅，氮化硅、氧化鋁等3）橢圓偏振法2.氧化層的缺陷檢測表面缺陷：斑點、白霧、發(fā)花、裂紋氧化層錯圖體內(nèi)缺陷：層錯、針孔2.氧化層的缺陷檢測利用對硅和二氧化硅腐蝕速度不同的腐蝕也進行選擇腐蝕，使針孔處的硅受到腐蝕而出現(xiàn)腐蝕坑，有氧化層保護的硅表面未受腐蝕，于是硅表面的腐蝕坑數(shù)目就是二氧化硅中針孔的數(shù)目。針孔的檢查方法：化學腐蝕謝謝！集成電路制造工藝

--化學氣相淀積單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學院微電子教研室薄膜生長------熱氧化薄膜制備--物理氣相淀積第二章薄膜制備半導體生產(chǎn)中常用的薄膜本章要點薄膜制備—外延生長薄膜制備--化學氣相淀積§2.3薄膜制備-化學氣相淀積薄膜淀積種類：導體、半導體、絕緣體薄膜淀積：物理氣相淀積PVD）化學氣相淀積CVD）化學氣相淀積，簡稱CVD，它是通過氣體混合的化學反應(yīng)的方式在硅片表面淀積一層固體薄膜的工藝?；瘜W氣相淀積的含義§2.3.1化學氣相淀積的基本概念1）參加反應(yīng)的氣體混合物被輸運到沉積區(qū)2）反應(yīng)物由主氣流擴散到襯底表面3）反應(yīng)物分子吸附在襯底表面上4）吸附物分子間或吸附分子與氣體分子間發(fā)生化學反應(yīng)，生成原子和化學反應(yīng)副產(chǎn)物，原子沿襯底表面遷移并形成薄膜5）反應(yīng)副產(chǎn)物分子從襯底表面解吸，擴散到主氣流中，排出沉積區(qū)化學氣相淀積的基本原理

（a）

形成晶核：

（b）晶粒聚集:

（c）形成連續(xù)的膜氣體分子成核聚集連續(xù)的膜化學氣相淀積的過程按工藝條件分APCVD常壓CVDLPCVD低壓CVDPECVD等離子體增強型CVDHDPCVD高密度等離子體CVDLCVD光化學氣相淀積按生成膜的性質(zhì)分金屬CVD半導體CVD介質(zhì)CVD化學氣相淀積的分類1）APCVD常壓化學氣相淀積連續(xù)加工的APCVD反應(yīng)爐

反應(yīng)速度和淀積速度較快淀積速度可達1000nm/min）APCVD淀積膜的均勻性較差氣體消耗量大臺階覆蓋能力差2）LPCVD低壓化學氣相淀積LPCVD反應(yīng)腔在同樣的膜厚均勻性要求下，LPCVD硅片的間距可以更小，使LPCVD的生產(chǎn)效率更高3）PECVD等離子體增強型化學氣相淀積

反應(yīng)溫度低200－400℃）和良好的臺階覆蓋能力，可以應(yīng)用在AL等低熔點金屬薄膜上淀積，缺點是淀積過程引入的粘污1）APCVD（1）用硅烷淀積450-500℃特點：淀積溫度較低純SiH4,在空氣中極其易燃且不穩(wěn)定，所以要用氮氣或

氬氣稀釋。臺階覆蓋能力及間隙填充能力較差。SiO2的CVD§2.3.2幾種主要薄膜的化學氣相淀積（2）TEOS-O3法2）LPCVD制SiO2.（3）PSG、BPSG制備（1）

用TEOS制備SiO2（2）

SiH2Cl2-N2O制備SiO23）

PECVD制備SiO2膜（1）SiH4-N2O法制SiO2膜（2）TEOS法制SiO2膜1）LPCVD制備Si3N4薄膜特點：有較好的臺階覆蓋和較少的粒子污染，但薄膜的內(nèi)應(yīng)力較大，當厚度超過200nm時，氮化硅容易出現(xiàn)開裂。此外受溫度的限制2）PECVD制備Si3N4薄膜（1）SiH4-NH3制備Si3N4Si3N4的CVD（2）SiH4-N2制備Si3N4性質(zhì)LPCVDPECVD淀積溫度℃）700～800300～400組成成分Si3N4SixNyHz臺階覆蓋整形共形23℃下硅上的應(yīng)力達因/平方厘米）1.多晶硅的CVD2.金屬鎢的CVD金屬化窗口圖形比較多晶硅與金屬鎢的CVD1）

選擇性鎢做淀積鎢時，采用六氟化鎢WF6作為氣體源，六氟化鎢能與襯底窗口處的硅反應(yīng)，而不與二氧化硅、氮化硅反應(yīng)，所以鎢可以選擇性地沉積在硅接觸窗口中

特點：鎢與硅有很好的接觸，可以降低接觸電阻。但這個過程將消耗襯底上的硅并造成結(jié)的損失，同時會將氟引入到襯底中。所以選擇性鎢并不常用在IC制造中。2）全區(qū)鎢沉積通常用鈦/氮化鈦作為鎢和硅接觸的阻擋層和附著層進行全區(qū)域的鎢沉積，再進行回蝕或化學機械拋光CMPCVD沉積鎢籽晶層和體材料1）

采用WF6和SiH4作為反應(yīng)劑2）

采用WF6和SiH2Cl2(DSC）作為反應(yīng)劑硅化鎢的CVD1.金屬鈦的CVD2.氮化鈦的CVD鈦與氮化鈦的CVD謝謝！集成電路制造工藝

----物理氣相淀積單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學院微電子教研室薄膜生長------熱氧化薄膜制備--物理氣相淀積第二章薄膜制備半導體生產(chǎn)中常用的薄膜本章要點薄膜制備—外延生長薄膜制備--化學氣相淀積§2.4

PVD薄膜制備工藝物理氣相淀積的主要方法蒸發(fā)電阻絲加熱蒸發(fā)電子束蒸發(fā)濺射直流濺射射頻濺射磁控濺射真空度的單位換算：1Torr(托）=1mmHg=1/760標準大氣壓=133Pa(帕）1標準大氣壓=760mmHg=760Torr=105Pa待淀積的金屬原子獲得足夠的能量，脫離金屬表面蒸發(fā)出來，在飛行途中遇到硅片，就淀積在硅片表面，形成金屬薄膜。

蒸發(fā)的含義§2.4.1蒸發(fā)真空度的劃分真空度壓強范圍粗真空760-10Torr(1-0.013大氣壓）低真空10-10-1Torr中真空10-1-10-3Torr高真空10-3-10-5Torr（1）定義：

利用電阻絲對待蒸發(fā)材料進行加熱使之熔化并蒸發(fā)出來電阻絲加熱源

電阻加熱蒸發(fā)（2）電阻加熱蒸發(fā)設(shè)備一臺商用蒸發(fā)臺照片（3）電阻加熱蒸發(fā)操作過程：蒸發(fā)源加熱器處理鋁絲處理石墨襯底處理蒸鋁

（4）特點：加熱設(shè)備簡單，但難熔金屬不容易找到合適的加熱源，且污染較嚴重（3）電阻加熱蒸發(fā)操作過程：注意：抽真空時先開機械泵，抽到低真空后，才能開擴散泵，關(guān)閉時反過來。（1）工作原理：被高壓加速并聚焦的電子束在真空中轟擊蒸發(fā)源表面時，由于電子束的動能幾乎完全轉(zhuǎn)變成熱能，瞬間即可達到3000℃的高溫，足以使蒸發(fā)源溶化，并蒸發(fā)到襯底表面形成薄膜。

電子束蒸發(fā)（2）設(shè)備偏轉(zhuǎn)電子槍行星片架213提高臺階覆蓋能力。電子束蒸發(fā)淀積的鋁膜純度高，鈉離子沾污少。襯底采用紅外線加熱，直接烘烤硅片表面，工作效率高，雜質(zhì)沾污少。4蒸發(fā)面積大，工作效率高。5應(yīng)用范圍廣，可蒸發(fā)鉑、鉬、鈦等高熔點金屬材料。（3）特點§2.4

PVD薄膜制備工藝物理氣相淀積的主要方法蒸發(fā)電阻絲加熱蒸發(fā)電子束蒸發(fā)濺射直流濺射射頻濺射磁控濺射利用等離子體中的離子，對被濺鍍物體電極進行轟擊，使氣體等離子體內(nèi)具有被濺鍍物的粒子，這些粒子沉積到晶片上就形成薄膜。

濺射方法直流濺射射頻濺射磁控濺射§2.4.2濺射工藝

濺射工藝的原理A.在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負電勢的靶材料加速。C.離子通過物理過程從靶上撞擊出濺射原子，靶具有所需

要的材料組份B.在加速過程中離子獲得動量，并轟擊靶。D.被撞擊出的原子遷移到硅片表面F.額外材料由真空泵抽走。E.被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜。

濺射的步驟A.能夠在直徑為200毫米或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜。E.能夠淀積高溫熔化和難熔金屬C.具有淀積并保持復(fù)雜合金原組份的能力F.具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面沾污和本身的氧化層。D.臺階覆蓋能力優(yōu)于蒸發(fā)B.膜厚容易控制，只要調(diào)節(jié)時間就可以得到所需的膜厚

濺射的特點簡單平行金屬板直流濺射系統(tǒng)++++++-+陰極陽極金屬靶襯底1）電場產(chǎn)生Ar+離子2）高能Ar+撞擊金屬靶3）將金屬原子從靶中撞出6）用真空泵將多余的物質(zhì)從腔中抽走尾氣進氣4）金屬原子向襯底遷移5）金屬原子淀積在襯底上

直流濺射1）

直流濺射的原理：電場產(chǎn)生Ar+離子高能Ar+與金屬靶撞擊高能Ar+將金屬原子從靶中撞出金屬原子向襯底遷移金屬原子淀積在襯底上用真空泵將多余的物質(zhì)從腔中抽走2）

特點：直流濺射的優(yōu)點是設(shè)備簡單，但它的缺點之一是不能淀積絕緣介質(zhì)，因為會造成放電停止。襯底表面會受二次電子的轟擊，造成表面發(fā)熱和損傷。+陰極絕緣材料陽極捕獲一個電子成中性原子-陰極電位迅速升高,使兩極之間電位減小,放電終止1）射頻濺射的原理：

在電極的兩極之間加上交流信號，使絕緣體表面維持電負性，使輝光放電維持，從而使淀積維持。射頻濺射的實質(zhì)是交流濺射，只是工作頻率為13.56MHz,落在射頻范圍內(nèi)，因此稱為射頻濺射。

射頻濺射RF濺射系統(tǒng)匹配網(wǎng)絡(luò)射頻功率發(fā)生器等離子體邊緣襯底支架