硅集成電路工藝基礎(chǔ)復(fù)習(xí)教材

1、硅集成電路工藝基礎(chǔ)緒論：單項工藝的分類：1、圖形轉(zhuǎn)換：光刻、刻蝕2、摻雜：擴(kuò)散、離子注入3、制膜：氧化、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積第 2 章 氧化SiO2 的作用：1、在 MOS 電路中作為 MOS 器件的絕緣柵介質(zhì)，作為器件的組成部分2、作為集成電路的隔離介質(zhì)材料3、作為電容器的絕緣介質(zhì)材料4、作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料5、作為對器件和電路進(jìn)行鈍化的鈍化層材料6、擴(kuò)散時的掩蔽層，離子注入的 (有時與光刻膠、 Si3N4 層一起使用 )阻擋層 熱氧化方法制備的 SiO 2是無定形制備二氧化硅的方法： 熱分解淀積法、 濺射法、 真空蒸發(fā)法、 陽極氧化法、 化學(xué)氣相淀積法、 熱氧化法；熱氧化

2、法制備的 SiO2 具有很高的重復(fù)性和化學(xué)穩(wěn)定性，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不太受濕度 和中等熱處理溫度的影響。SiO2 的主要性質(zhì)： 密度：表征致密程度 折射率：表征光學(xué)性質(zhì) 密度較大的 SiO2 具有較大的折射率 波長為 5500A 左右時， SiO2 的折射率約為 1.46 電阻率：與制備方法及所含雜質(zhì)數(shù)量等因素有關(guān)， 高溫干氧氧化制備的電阻率達(dá) 1016 cm 介電強度：單位厚度的絕緣材料所能承受的擊穿電壓6 7 1大小與致密程度、均勻性、雜質(zhì)含量有關(guān)一般為106107V/cm ( 10 1V/nm )S介電常數(shù)：表征電容性能 C 0 SiO S (SiO2 的相對介電常數(shù)為 3.9) 2d

3、腐蝕：化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，只與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)SiO2 4HFSiF4 2H 2OSiF4 2HFH 2 (SiF6) 六氟硅酸 還可與強堿緩慢反應(yīng)SiO2 6HFH2(Si F6) 2H2O薄膜應(yīng)力為壓應(yīng)力 晶體和無定形的區(qū)別：橋鍵氧和非橋鍵氧 橋聯(lián)氧：與兩個相鄰的 Si-O 四面體中心的硅原子形成共價鍵的氧 非橋聯(lián)氧：只與一個 Si-O 四面體中心的硅原子形成共價鍵的氧 非橋聯(lián)氧越多，無定型的程度越大，無序程度越大，密度越小，折射率越小 無定形 SiO2 的強度：橋鍵氧數(shù)目與非橋鍵氧數(shù)目之比的函數(shù) 結(jié)晶態(tài)和無定形態(tài)區(qū)分非橋聯(lián)氧是否存在 雜質(zhì)分類：網(wǎng)絡(luò)形成者和網(wǎng)絡(luò)改變者網(wǎng)絡(luò)形成者：可以替代 Si

4、O2 網(wǎng)絡(luò)中硅的雜質(zhì)，即能代替 SiO 四面體中心的硅、并能與氧形成網(wǎng)絡(luò)的雜質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)改變者：存在于 SiO2 網(wǎng)絡(luò)間隙中的雜質(zhì) SiO2 作為掩蔽層對硼、磷有效，對鈉離子無效 B、P、As 等常用雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小， SiO2 對這類雜質(zhì)可以起掩蔽作用 Ga、某些堿金屬（ Na）的擴(kuò)散系數(shù)大， SiO2 對這類雜質(zhì)就起不到掩蔽作用 Si 熱氧化生長 SiO2 的計算： CSix CSiO2 x0無定形 SiO2的分子密度： CSiO 2.2 1022 /cm3硅晶體的原子密度： CSi 5.0 1022 /cm3干氧、水汽和濕氧。實際生產(chǎn)采用干氧 - 濕氧 -干氧的方式1、干氧氧化 氧化劑：干燥

5、氧氣 反應(yīng)溫度： 9001200 干氧氧化制備的 SiO2 的特點： 結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好 與光刻膠粘附性好，掩蔽能力強。 生長速度非常慢干氧氧化的應(yīng)用： MOS 晶體管的柵氧化層2、水汽氧化 反應(yīng)條件： 氧化劑：高純水產(chǎn)生的蒸汽 反應(yīng)溫度：高溫 水汽氧化制備的 SiO2 的特點： SiO2生長速率快 結(jié)構(gòu)粗糙3、濕氧氧化反應(yīng)條件：氧化劑：高純水（ 95 左右） +氧氣 特點： 生長速率較高 SiO2結(jié)構(gòu)略粗糙4、三種氧化法比較 干氧氧化：結(jié)構(gòu)致密但氧化速率極低 濕氧氧化：氧化速率高但結(jié)構(gòu)略粗糙，制備厚二氧化硅薄膜 水汽氧化：結(jié)構(gòu)粗糙不可取 熱氧化的過程（ D-G 模型） 氧化劑從

6、氣體內(nèi)部以擴(kuò)散形式穿過附面層運動到氣體 SiO2 界面，其流密度用 F1 表示。流密度定義為單位時間通 過單位面積的粒子數(shù)。 氧化劑以擴(kuò)散方式穿過 SiO2 層（忽略漂移的影響） ，到達(dá) SiO2 Si 界面，其流密度用 F2 表示。 氧化劑在 Si 表面與 Si 反應(yīng)生成 SiO2，其流密度用 F3表示。 反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。F1 F2 F3D-G 模型適用氧化層厚度： 30nm 熱氧化存在兩種極限情況當(dāng)氧化劑在 SiO 2中的擴(kuò)散系數(shù) DSiO2很小時 DSiO2ksx0 ，則 Ci0，Co C 。在這種極限情況下， SiO2 的生長速率主要由氧化劑在 SiO2中的擴(kuò)散速度所決定，故稱這

7、種極限 情況為擴(kuò)散控制。當(dāng)氧化劑在 SiO 2中的擴(kuò)散系數(shù) DSiO 很大，則 Ci Co C /1 ks/h 。在這種極限情況下， SiO2生長速率由 Si 表面的化學(xué)反應(yīng)速度控制，故稱這種極限情況為反應(yīng)控制。決定氧化速率常數(shù)的因素：氧化劑分壓、氧化溫度1、氧化劑分壓pg通過C 對B 產(chǎn)生影響， B與 pg成正比關(guān)系B 2DSiO2C / N1C Hp g2、氧化溫度溫度對拋物型速率常數(shù) B 的影響是通過影響 DSiO 產(chǎn)生的， B 2DSiO C / N1溫度對線性速率常數(shù) B/ A的影響是通過影響 ks產(chǎn)生的A 2DSiO2 1/ks 1/ hB/A C /1/ks 1/h N1分凝系數(shù)

8、，圖 2.21 分凝系數(shù)：摻有雜質(zhì)的硅在熱氧化過程中，在Si SiO2 界面上的平衡雜質(zhì)濃度之比雜質(zhì)在硅中的平衡濃度雜質(zhì)在二氧化硅中的平衡濃度（a）當(dāng) m 1，在 SiO 2中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì)，也 就是說在分凝過程中雜質(zhì)通過 SiO2 表面損失的 很少，硼就屬于這類。再分布之后靠近界面處 的 SiO2 中的雜質(zhì)濃度比硅中高，硅表面附近的 濃度下降。（b）當(dāng) m 1，在 SiO2 中是快擴(kuò)散的雜質(zhì)。因 為大量的雜質(zhì)通過 SiO2 表面跑到氣體中去，雜 質(zhì)損失非常厲害，使 SiO2 中雜質(zhì)濃度比較低， 硅表面的雜質(zhì)濃度幾乎降到零。 H2 氣氛中的 B 就屬于這種情況。（c）當(dāng) m 1，在 SiO 2

9、 中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì)， 再分布之后硅表面的濃度升高。 P 磷就屬于這 種雜質(zhì)。(d) 當(dāng) m 1，在 SiO2 中是快擴(kuò)散的雜質(zhì)，分凝過程中雜質(zhì)通過SiO2 表面損失的厲害，最終使硅表面附近的雜質(zhì)濃度比體內(nèi)還要低。 Ga 鎵就屬于這種類型的雜質(zhì)。Si-SiO2 界面存在四種電荷Si- SiO2 界面電荷類型：可動離子電荷界面陷阱電荷氧化層固定電荷氧化層陷阱電荷第 3章 擴(kuò)散擴(kuò)散機構(gòu)：間隙式和替位式1、間隙式擴(kuò)散： 定義：間隙式雜質(zhì)從一個間隙位置到另一個間隙位置的運動對間隙雜質(zhì)來說是勢能極 雜質(zhì)： Na、K、Fe、 Cu、Au 等元素 間隙雜質(zhì)在間隙位置上的勢能相對極小， 相鄰兩間隙位置之間，大位

10、置。勢壘高度： Wi 0.6 1.2eV 主要與晶格結(jié)構(gòu)與晶向有關(guān)，原子密度越大，間隙越小，Wi 就越大 運動條件： E Wi 跳躍率： Pi v0e Wi /kT2、替位式擴(kuò)散： 定義：替位式雜質(zhì)從一個替位位置到另一個替位位置的運動(a) 直接交換(b) 空位交換(主要) 雜質(zhì)： III 、族元素 對替位雜質(zhì)來說， 在晶格位置上勢能相對最低， 而間隙處是勢能最高位置。 勢壘高度： Ws運動條件： E Ws ，平衡時單位體積的空位數(shù)為 n Ne Wv /kT每個格點上出現(xiàn)空位的幾率為 n/ N e Ws/kT ， 跳躍率： Pv exp( Wv / kT )v0 exp( Ws/kT) v0

11、exp (Wv Ws)/kT 擴(kuò)散方式：恒定表面源和有限表面源(定義和雜質(zhì)分布形 式)1、恒定表面源擴(kuò)散 定義：在整個擴(kuò)散過程中，硅片表面的雜質(zhì)濃度始終不 變的擴(kuò)散 邊界條件和初始條件：C(0,t) Cs; C( ,t) 0;C (x,0) 0, x 0恒定表面源擴(kuò)散的雜質(zhì)分布：x x 2 x y 2 C( x, t) Cs(1 erf ) Cserfc() erfcx 1 erfx 1 e y dy2 Dt 2 Dt 0 雜質(zhì)分布形式特點： 在表面濃度 Cs 一定的情況下，擴(kuò)散時間越長，雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深，擴(kuò)到硅內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量也2就越多。 Q tC(x,t )dxCs Dt0擴(kuò)到硅內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量可

12、用高為 Cs，底為 2 Dt 的三角形近似； 表面濃度 Cs由雜質(zhì)在擴(kuò)散溫度下的固溶度所決定。 而在900 1200 C內(nèi)，固溶度變化不大，可見很難通過改變溫度來控制 Cs2、有限表面源擴(kuò)散 定義：擴(kuò)散之前在硅片表面淀積一層雜質(zhì)，在整個擴(kuò)散過程中 這層雜質(zhì)作為擴(kuò)散的雜質(zhì)源，不再有新源補充 初始條件和邊界條件：C(x,t)QCs(t) C(0, t)DtC( x,t) 0, x hC(x,0) Cs(0) Q/ h,0 x hC( ,t ) 0 雜質(zhì)分布形式特點： 當(dāng)擴(kuò)散溫度相同時，擴(kuò)散時間越長，雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深，表面濃度就越低。 當(dāng)擴(kuò)散時間相同時，擴(kuò)散溫度越高，雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深，表面濃度下降的

13、也就越多 擴(kuò)散過程中雜質(zhì)量不變實際生產(chǎn)中采用兩步擴(kuò)散(每一步的擴(kuò)散方式及作用)兩步擴(kuò)散： 預(yù)擴(kuò)散：在低溫下采用恒定表面源擴(kuò)散方式，控制擴(kuò)散雜質(zhì)的數(shù)量 主擴(kuò)散將由預(yù)擴(kuò)散引入的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源， 在較高溫度下進(jìn)行擴(kuò)散。 控制表面濃度和擴(kuò)散 深度 分布形式：D1t1 D2t2 ,余誤差分布D1t1 D2t 2 ,高斯分布影響雜質(zhì)分布的因素：橫向擴(kuò)散第 4章 離子注入離子注入：最主要的摻雜工藝 離子注入是一種將帶電的且具有能量的粒子注入襯底硅的過程，注入能量介于 1KeV 到1MeV 之間，注入深度平均可達(dá) 10nm 10 m 。離子劑量變動范圍，從用于閾值電壓調(diào)整12 2 18 2的1012 /cm2

14、 到形成絕緣埋層的 1018/ cm2 。相對于擴(kuò)散，它能更準(zhǔn)確地控制雜質(zhì)摻雜、可 重復(fù)性和較低的工藝溫度。離子注入已成為 VLSI 制程上最主要的摻雜技術(shù)。一般 CMOS制程，大約需要 612 個或更多的離子注入步驟。 應(yīng)用：隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截斷 調(diào)整閾值電壓用的溝道摻雜CMOS 阱的形成 淺結(jié)的制備 離子注入的特點 優(yōu)點： 注入的離子純度高 可以精確控制摻雜原子數(shù)目 溫度低：小于 400 摻雜深度可控 非平衡過程，雜質(zhì)含量不受固溶度限制 低溫注入，避免高溫擴(kuò)散所引起的熱缺陷 橫向擴(kuò)散效應(yīng)比熱擴(kuò)散小得多 離子通過硅表面的薄膜注入，防止污染。 可以對化合物半導(dǎo)體進(jìn)行摻雜 LSS

15、理論： 注入離子在靶內(nèi)的分布理論缺點：產(chǎn)生的晶格損傷不易消除 很難進(jìn)行很深或很淺的結(jié)的注入 高劑量注入時產(chǎn)率低 設(shè)備價格昂貴（約 200 萬美金）LSS 理論認(rèn)為，注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個彼此獨立的過程：核碰撞（核阻止）和 電子碰撞（電子阻止）差 Rp ，沿著入射軸垂直方向上的統(tǒng)計漲落，稱為橫向偏差縱向分布：一級近似下用高斯函數(shù)表示：n(x)Ns2 Rpexp 1exp22x RpRp橫向分布：高斯分布；橫向滲透遠(yuǎn)小于熱擴(kuò)散溝道效應(yīng)及避免的方法R。不同能區(qū)的能量損失形式 低能區(qū)：以核碰撞為主 中能區(qū)：核碰撞、電子碰撞持平 高能區(qū)：以電子碰撞為主 注入離子在無定形靶中的分布計算 相同質(zhì)量

16、且相同初時能量的離子在靶中有一定的空間分布， 投影射程的統(tǒng)計漲落稱為投影偏 定義： 當(dāng)離子注入的方向與靶晶體的某個晶向平行時， 一些離子將沿溝道運動。 溝道離子 唯一的能量損失機制是電子阻止，因此注入離子的能量損失率就很低，故注入深度較大。 避免方法：a. 傾斜樣品表面，晶體的主軸方向偏離注入方向，典型值為7b. 先重轟擊晶格表面，形成無定型層 在無定形靶運動的離子由于碰撞方向不斷改變，因而也會有部分離子進(jìn)入溝道，但在溝道 運動過程中又有可能脫離溝道，故對注入離子峰值附近的分布并不會產(chǎn)生實質(zhì)性的影響c. 表面長二氧化硅薄層注入離子造成的損傷 級聯(lián)碰撞 簡單晶格損傷 孤立的點缺陷或缺陷群（注入離

17、子每次傳遞給硅原子的能量約等于移位閾能） 局部的非晶區(qū)域（單位體積的移位原子數(shù)目接近半導(dǎo)體的原子密度） 非晶層注入離子引起損傷的積累熱退火 定義： 又叫熱處理， 集成電路工藝中所有的在氮氣等不活潑氣氛中進(jìn)行的熱處理過程都可 以稱為退火 作用 激活雜質(zhì)：使不在晶格位置上的離子運動到晶格位置，以便具有電活性，產(chǎn)生自由載流子， 起到雜質(zhì)的作用消除損傷 退火方式：爐退火快速退火：脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源（如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設(shè)備等 ） 快速熱退火a.傳統(tǒng)熱退火的缺點 不能完全消除缺陷，產(chǎn)生二次缺陷 高劑量注入時的電激活率不夠高 高溫長時間熱退火會導(dǎo)致明顯的雜質(zhì)

18、再分布b.快速退火技術(shù) 在氮氣或惰性氣體的氣氛下，極短的時間內(nèi)，把晶片溫度提高到1000 以上。C.快速熱退火作用： 消除由注入所產(chǎn)生的晶格損傷 恢復(fù)材料少子壽命和載流子遷移率 雜質(zhì)激活第 5章 物理氣相淀積兩種基本方法 物理氣相淀積定義： 利用某種物理過程， 例如蒸發(fā)或者濺射現(xiàn)象實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移， 即原子 或分子由源轉(zhuǎn)移到襯底表面上，并淀積成薄膜。 基本方法：蒸發(fā)（ - 族化合物半導(dǎo)體）濺射蒸發(fā)和濺射各自的優(yōu)缺點真空蒸發(fā)法濺射蒸發(fā)優(yōu)設(shè)備簡單適用于任何物質(zhì)較高的淀積速率點操作容易 純度較高 成膜快 機理簡單不受蒸氣壓和膜成分限制 靶材料與膜成分符合 附著好 臺階覆蓋較好薄膜純度高 厚度控制精確

19、生長機理簡單缺點附著力小工藝重復(fù)性差 臺階覆蓋性差 不適用多組分材料設(shè)備、操作較復(fù)雜臺階覆蓋能力差 工藝重復(fù)性不好 淀積多元化合金薄膜時組 分難以控制濺射作為主流濺射方法： 直流濺射：淀積金屬薄膜 射頻濺射：適用于淀積各種金屬和非金屬薄膜 磁控濺射：磁控濺射為淀積速率比一般方法高一個數(shù)量級；工作氣壓低，薄膜質(zhì)量好。 反應(yīng)濺射：在淀積同時形成化合物 偏壓濺射：改善濺射薄膜的組織結(jié)構(gòu) 接觸孔中薄膜的濺射淀積：（深寬比大于 1）濺射原子離開靶面時遵守余弦分布，故濺射原子在襯底表面和接觸孔上 表面的拐角處，沉積速率最高，側(cè)壁適中，底角最低?？刹捎脦?zhǔn)直器的濺射淀積方法（降低淀積速率，換準(zhǔn)直器增加了成本

20、） 長投準(zhǔn)直濺射技術(shù)第 6章 化學(xué)氣相淀積Grove 模型：兩個重要環(huán)節(jié)Grove 模型認(rèn)為控制薄膜淀積速率的兩個重要環(huán)節(jié)是：其一是反應(yīng)劑在邊界層中的輸運過 程；其二是反應(yīng)劑在襯底表面上的化學(xué)反應(yīng)過程。淀積速率與反應(yīng)劑濃度或氣相中反應(yīng)劑的摩爾百分比成正比薄膜淀積速率（其中 N1 表示形成一個單位體積薄膜所需要的原子數(shù)量） ：G Fkshg Cgkshg CT YN1 ks hg N1 ks hg N1結(jié)論：（1）淀積速率與 Cg （反應(yīng)劑的濃度）或者 Y （反應(yīng)劑的摩爾百分比）成正比；（2）在 Cg 或者 Y為常數(shù)時，薄膜淀積速率將由 ks和hg 中較小的一個決定。質(zhì)量輸送控制和表面化學(xué)反應(yīng)控

21、制決定 ks的主要因素：溫度ks k0exp EA /kT決定 hg的主要因素：氣體流速，氣體成分，系統(tǒng)壓力hg Dg / s所以為了保證統(tǒng)一的淀積速率，就必須： 對于表面反應(yīng)控制，保持處處恒定的溫度 對于質(zhì)量輸運控制，保持處處恒定的反應(yīng)劑濃度熱壁和冷壁(冷壁的優(yōu)點)熱壁系統(tǒng)： Tw Ts冷壁系統(tǒng)： Tw TsTw ：反應(yīng)室的側(cè)壁溫度Ts：放置硅片的基座溫度冷壁系統(tǒng)優(yōu)點：能夠降低在側(cè)壁上的淀積，降低了壁上顆粒因剝離對淀積薄膜質(zhì)量的影響， 也減小了反應(yīng)劑的損耗。CVD 系統(tǒng)的分類：三種 CVD 系統(tǒng)優(yōu)缺點對比優(yōu)點缺點常壓化學(xué)氣相淀積 (APCVD)操作簡單 淀積速率高 適合介質(zhì)薄膜的淀積易發(fā)生氣

22、相反應(yīng) 產(chǎn)生污染 臺階覆蓋性和均勻性比較差低壓化學(xué)氣相淀積 (LPCVD)污染少 均勻性和臺階覆蓋性較APCVD 好 對反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求低 裝片量大相對低的淀積速率 相對高的工作溫度等離子增強化學(xué)氣相淀積(PECVD)反應(yīng)溫度低附著性好 良好的階梯覆蓋 良好的電學(xué)特性可以與精細(xì) 圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容 薄膜應(yīng)力低主流工藝具備 LPCVD 的優(yōu)點APCVD ：質(zhì)量輸運控制淀積速率，對反應(yīng)室結(jié)構(gòu)和氣流模式提出高的要求 LPCVD ：表面反應(yīng)速率控制淀積速率 PECVD ：表面反應(yīng)控制淀積速率氣缺現(xiàn)象及減輕方法( LPCVD ) 氣缺現(xiàn)象：當(dāng)氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象 對于只有一個入氣口的

23、反應(yīng)室，情況比較嚴(yán)重。 措施：在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應(yīng)速度，從而提高淀積速率采用分布式的氣體入口增加反應(yīng)室中的氣流速度多晶硅采用硅烷熱分解實現(xiàn)多晶硅的優(yōu)點：多晶硅與隨后的高溫?zé)崽幚砉に囉泻芎玫募嫒菪耘c Al 柵相比，多晶硅與熱生長二氧化硅的接觸性能更好在陡峭的臺階上淀積多晶硅時能夠獲得很好的保形性應(yīng)用：柵電極 互聯(lián)引線 電學(xué)特性a. 多晶硅的電阻率高于單晶硅的電阻率摻雜原子在熱處理過程中易到晶界處，不能有效的貢獻(xiàn)自由載流子 晶界處的懸掛鍵俘獲自由載流子 , 由此降低載流子的濃度b. 晶粒尺寸大的多晶硅的電阻率低 一般是用 LPCVD ，在 580 650下熱分解硅烷實現(xiàn)： SiH 4

24、Si 2H 2多晶硅的摻雜技術(shù) 擴(kuò)散摻雜：在淀積完成之后在較高的溫度下進(jìn)行摻雜優(yōu)點：能夠在多晶硅薄膜中摻入濃度很高的雜質(zhì)。同時完成摻雜和退火工藝缺點：溫度較高、薄膜表面粗糙程度增加 離子注入：淀積后的離子注入和退火優(yōu)點：可精確控制摻入雜質(zhì)的數(shù)量，適合于不需要太高摻雜的多晶硅薄膜 特點：形成的高摻雜多晶硅電阻率約為擴(kuò)散形成的電阻率的 10 倍 原位摻雜：邊淀積邊摻雜簡單，但薄膜厚度、摻雜均勻性及淀積速率會隨著摻雜氣體的加入變得復(fù)雜CVD 和熱氧化 SiO2 的對比CVD SiO2 的方法低溫 CVD SiO2 ：低于 500中溫 LPCVD SiO2 ： 500 800TEOS 與臭氧混合源的

25、SiO 2淀積：低于 500左右氮化硅的應(yīng)用應(yīng)用：鈍化層和機械保護(hù)層鈉和水汽在氮化硅中的擴(kuò)散速度非常慢，即擁有很強的掩蔽能力 硅選擇性氧化的掩蔽膜氮化硅氧化速度非常慢（ LOCOS 工藝基于此） 二氧化硅緩沖層 電容中的絕緣材料 作為 MOSFETs 的側(cè)墻用于 LDD 結(jié)構(gòu)的側(cè)墻淺溝隔離的 CMP 的停止層鎢的應(yīng)用鎢栓塞（ plug） :CVD 鎢比 PVD 鋁有更好的通孔填充能力局部互連材料 短程互聯(lián)（電導(dǎo)率較低） 全局互聯(lián)（ Al 、Cu）缺點： 電阻率相對鋁高 在氧化物和氮化物上附著力差 鎢與硅在 600以上接觸時，會形成鎢的 硅化物 鎢廣泛用于互連的原因 優(yōu)點：體電阻率?。?7 12

26、uQ.cm） 熱穩(wěn)定性好（熔點最高） 應(yīng)力低，保形性好； 抗電遷移能力和抗腐蝕性強 鎢的淀積方法覆蓋式（過程復(fù)雜，費用高，但比較成熟）選擇式（存在問題，如選擇性差、橫向擴(kuò)展、空洞形成）第七章：光刻與刻蝕工藝ULSI 中對光刻的基本要求高分辨率在集成電路工藝中， 通常把線寬作為光刻水平的標(biāo)志， 一般也可以用加工圖形線寬的能力 來代表集成電路的工藝水平。 高靈敏度的光刻膠 光刻膠的靈敏度是指光刻膠的感光速度。 為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，曝光時間越短越好。 確保光刻膠各項屬性均為優(yōu)異的前提下，提高光刻膠的靈敏度 低缺陷缺陷關(guān)系成品率 精密的套刻對準(zhǔn) 集成電路芯片的制作需要經(jīng)過多次光刻，在各次曝光圖形之間要

27、相互套準(zhǔn)。ULSI 的圖形線寬在 1 m 以下，通常采用自對準(zhǔn)技術(shù)。 大尺寸硅片上的加工ULSI 的芯片尺寸為 1 2cm2提高經(jīng)濟(jì)效益和硅片利用率光刻工藝流程 涂膠：在硅片表面形成厚度均勻、附著性強、并且沒有缺陷的光刻膠薄膜。 前烘：去除膠內(nèi)的溶劑，提高膠的粘附力提高膠的抗機械摩擦的能力 減小高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜應(yīng)力 曝光：確定圖案的精確形狀和尺寸 完成順序兩次光刻圖案的準(zhǔn)確套制 顯影： 堅膜：去除光刻膠中剩余的溶劑，增強光刻膠對硅片表面的附著力 提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護(hù)能力 刻蝕 去膠：經(jīng)過刻蝕或離子注入后，將光刻膠從表面除去 檢驗SiO2 表面是親水性的，光刻膠是疏水

28、性的分辨率： 每 mm 內(nèi)能刻蝕出可分辨的最多線條數(shù)，是對光刻工藝中可以達(dá)到的最小光刻圖 形尺寸的一種描述R 1 mm 12L光刻膠分為正膠和負(fù)膠 主要有兩種光刻膠： 正膠：曝光后顯影時曝光部分被溶解，而沒有曝光的部分留下來 鄰疊氮醌類 負(fù)膠：曝光后顯影時沒有曝光部分被溶解， 而曝光的部分留下來聚乙烯醇肉桂酸酯和聚 乙烯氧乙基肉桂酸酯實際工藝中正膠用的比較多，原因如下：a. 分辨率高b. 抗干法腐蝕的能力較強c. 抗熱處理的能力強d. 可用水溶液顯影，溶漲現(xiàn)象小e. 可涂得較厚 （2-3um） 不影響分辨率，有較好臺階覆蓋性f. 適合 1：1 及縮小的投影光刻 負(fù)膠也有一些優(yōu)點，如 : 粘附性

29、好，抗?jié)穹ǜg能力強等 對比度、光敏度和抗刻蝕能力對比度：對比度會直接影響到曝光后光刻膠膜的傾角和線寬。光刻膠的對比度越高， 光刻膠層的側(cè)面越陡， 線寬描述掩模尺寸的準(zhǔn)確度就越高。 且陡峭 的光刻膠在干法刻蝕中可以減小刻蝕過程中的鉆蝕效應(yīng)，從而提高分辨率。光敏度：指光刻膠完成所需圖形曝光的最小曝光劑量 曝光劑量（ mj/cm 2）光強（單位面積的功率）曝光時間 光敏度由曝光效率決定曝光效率：參與光刻膠曝光的光子能量與進(jìn)入光刻膠中的光子能量的比值 正膠比負(fù)膠有更高的曝光效率，故正膠的光敏度大，光敏度大可減小曝光時間 抗刻蝕能力 圖形轉(zhuǎn)移時，光刻膠抵抗刻蝕的能力。光刻膠對濕法腐蝕有比較好的抗腐蝕能

30、力， 對大部分的干法刻蝕， 光刻膠的抗刻蝕能力 則比較差投影曝光的兩個突出優(yōu)點， 3um 優(yōu)點：樣品與掩膜版不接觸，避免缺陷產(chǎn)生掩膜板不易損壞，可仔細(xì)修整 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求高，產(chǎn)率低 過刻蝕和選擇比計算濕法和干法刻蝕的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點濕法刻蝕（液態(tài)溶液，化學(xué)反應(yīng)）工藝簡單 選擇性好 操作方便各向同性 精細(xì)線條難以刻蝕 大量的顆粒污染化學(xué)廢液干法刻蝕 （等離子體， 化學(xué)反應(yīng)物理濺射）較高的各向異性 能形成更小的特征尺寸 等離子體可以容易的開始和結(jié)束 溫度不敏感 工藝重復(fù)性好更少的顆粒玷污 很少的化學(xué)廢液選擇性比較差 設(shè)備復(fù)雜三種干法刻蝕的對比等離子刻蝕：化學(xué)反應(yīng)，高速率，高選擇比，低缺陷，

31、但各向同性濺射刻蝕（粒子銑） ：物理濺射，各向異性，低選擇比，高缺陷反應(yīng)粒子刻蝕：化學(xué)和物理雙重作用，各性能介于二者之間 共同點：都是利用低壓狀態(tài)下氣體放電來形成等離子體作為刻蝕基礎(chǔ) 不同點：刻蝕系統(tǒng)壓力：等 反 濺；溫度：等 反 濺；功率：反之；氣流等相關(guān)可控參 數(shù)。優(yōu)點缺點干法刻蝕分辨率高 各向異性腐蝕能力強 均勻性重復(fù)性好 便于連續(xù)自動操作成本高選擇比一般較低濕法刻蝕成本低廉 選擇比高各向同性 腐蝕速率難以控制第 7章 金屬化與多層相連互連線延遲與 RCwlRC lwtm toxl2tmtox鋁的優(yōu)點，尖楔現(xiàn)象和電遷移及改進(jìn)方法鋁作為互連金屬材料的優(yōu)點：應(yīng)用最廣泛的互聯(lián)材料電阻率低， 2

32、.7u ?cm與 n+和 p+硅或多晶硅的歐姆接觸電阻低， 106 /cm2與硅和磷硅玻璃的附著性很好易于淀積和刻蝕 鋁作為互連金屬材料的缺點： Al/Si 接觸的尖楔現(xiàn)象 在較大的電流密度下的電遷移現(xiàn)象 Al/Si 接觸中的尖楔現(xiàn)象：V 2 Dt w d s nAl /nSiwdZ 2 Dt A s nAl /nSi硅向鋁中擴(kuò)散，同時鋁也向硅中擴(kuò)散，形成尖楔，可能會造成pn 結(jié)失效Al/Si 接觸的改進(jìn)方法：a. 鋁-硅合金金屬化引線b. 鋁-摻雜多晶硅雙層金屬化結(jié)構(gòu)c. 鋁-阻擋層結(jié)構(gòu)d. 其它方法減小鋁體積 采用 Al/ 阻擋層 /Al-Si-Cu降低 Si 在 Al 中的擴(kuò)散系數(shù) 電遷移現(xiàn)象： 在較高的電流密度作用下， 互連引線中的金屬原子將會沿著電子運動方向進(jìn) 行遷移，這種現(xiàn)象就是電遷移 (EM) 。改進(jìn)電遷移的方法：a. 結(jié)構(gòu)的選擇 竹狀結(jié)構(gòu)，晶粒間界垂直電流方向b. 鋁- 銅合金