集成電路中基礎(chǔ)器件工藝綜述

《集成電路中基礎(chǔ)器件工藝綜述》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《集成電路中基礎(chǔ)器件工藝綜述（99頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,集成電路中基礎(chǔ)器件工藝綜述,1. BIPOLOR,（,雙極型）,IC,工藝簡介,(1),平面三極管工藝,* 制造工藝,摻雜窗口形成：摻雜掩膜的形成,+,光刻工藝,摻 雜 工 藝： 擴(kuò)散或離子注入,引 線 工 藝： 接觸孔形成,+,淀積金屬膜,+,光刻金屬引線,+,金,/,半合金,表 面 鈍 化： 淀積鈍化膜,+,光刻鍵合孔,硅平面三極

2、管截面圖,緒 論,（,2,）雙極型,IC,工藝,* 與三極管工藝的區(qū)別,各元件間電學(xué)性能隔離,埋層工藝,減小集電極串聯(lián)電阻,a,雙極型三極管截面圖,b,雙極型,IC,截面圖,PN,結(jié) 隔 離 及 埋 層 的 功 能,(3),雙極型,IC,制造工藝流程,2. MOS IC,工藝簡介,(1),Si,柵,MOS FET,工藝原理圖,(2) CMOS,工藝原理圖,（,3,）,NMOS,工藝流程,3. IC,發(fā)展史,器 件,年 份,世界上第一個(gè)晶體管,1947,年,世界上第一個(gè),Ge,單晶,晶體管,1952,年,世界上第一個(gè),Sl,單晶,晶體管,1954,年,世界上第一個(gè),IC,器件,1958,年,世界

3、上第一個(gè),IC,產(chǎn)品,1961,年,基本工藝,清洗工藝,氧化工藝,擴(kuò)散工藝,光刻工藝,蒸發(fā)及鍍膜工藝,腐蝕工藝,清洗工藝,吸附在物體表面的雜質(zhì)一般可分為：,分子型 離子型 原子型,利用各種化學(xué)試劑和有機(jī)溶劑與吸附在被清洗物體表面上的雜質(zhì)和油污發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和溶解作用,一，去除分子型雜質(zhì),H2SO4 : H2O2 = 1:1,配比，,燒煮硅片表面的油脂，使其脫附,二，去除離子型 原子型雜質(zhì),1.,配制,號(hào)液,NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 1 : 6,(,體積比,),在電爐上煮沸幾分鐘，倒掉殘液，用去離子水,沖洗幾遍,2.,配制,號(hào)液,HCl,: H2O2 : H2O = 1 :

4、 1 : 6,(,體積比,),在電爐上煮沸,10,分鐘左右，倒掉殘液，用去離,子水沖洗,30,次以上。,氧化工藝,一,概述,1,二氧化硅膜是硅平面工藝的基礎(chǔ),（,1,）,SiO,2,在高溫下，阻擋,、,族雜質(zhì)擴(kuò)散的能力很強(qiáng),利于局部摻雜。,（,2,）,Si,上熱生長,SiO,2,工藝簡便。,（,3,）,SiO,2,化學(xué)性能穩(wěn)定，一般不與酸，堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),（,HF,除外）,利于化學(xué)清洗。,（,4,）,SiO,2,能被,HF,腐蝕,利于圖形化。,SiO,2,膜的制備方式簡介,（,1,）熱氧化 （,2,）,CVD,（,3,）,陽極氧化 （,4,）射頻濺射,二, SiO,2,膜在電路中的功能,1.,

5、雜質(zhì)選擇擴(kuò)散的掩膜,2.,器件表面的保護(hù)和鈍化膜,3.,集成電路的隔離介質(zhì)和絕緣介質(zhì),4. MOS,電容的介質(zhì)材料,5. MOS FET,的絕緣柵材料,三,熱氧化原理,1.,干氧氧化的氧化膜生長機(jī)理,Si + O,2,= SiO,2,2.,水汽氧化的氧化膜生長機(jī)理,Si + 2H,2,O = SiO,2,+ 2H,2,Si, O,反應(yīng)速率,O,2,在,SiO,2,中的擴(kuò)散速率,生長速率,機(jī)理分析：,（,1,）,H,2,O,擴(kuò)散穿越,SiO,2,在,Si-SiO,2,界面與,Si,反應(yīng)，生成,SiO,2,。,Si + 2H,2,O = SiO,2,+ 2H,2,（,2,）,H,2,O,與表面,S

6、iO,2,反應(yīng)，生成硅烷醇，硅烷醇擴(kuò)散穿越,SiO,2,與,Si,反應(yīng)。,H,2,O +,Si-O-Si,Si-OH + HO-Si,H,2,+ 2(-O-Si,),2(,Si-OH),（,使二氧化硅網(wǎng)絡(luò)疏松）,熱氧化系統(tǒng),熱氧化方式,-,常 規(guī) 熱 氧 化,（通常采用,:,干氧,+,濕氧,+,干氧）,氧 化 方 式,氧 化 速 率,氧 化 膜 質(zhì) 量,水 汽,很 快,疏松,含水量大,與光刻膠粘附差,表,面有蝕坑，掩蔽雜質(zhì)擴(kuò)散力,鈍化效,果都差,.,干 氧,很 慢,致密,干燥,均勻性,重復(fù)性好,掩蔽雜,質(zhì)擴(kuò)散力強(qiáng),鈍化效果好,.,濕 氧,快,致密性略差于干氧氧化膜,表面有,Si-,OH,與光刻

7、膠粘附不好,表面有蝕坑,掩蔽雜質(zhì)擴(kuò)散力及鈍化效果能滿足一,般器件的要求,.,熱氧化,SiO,2,層的物理性能：,四,氧化膜質(zhì)量評(píng)價(jià),膜厚測量,1.,光干涉法：,2.,橢圓偏振法：,偏振光以一定的角度入射到樣品上，在表面和界面產(chǎn)生折、反,射，其振幅與偏振角都發(fā)生變化。跟據(jù)偏振情況的改變，可獲,得膜厚及膜的折射率。,3.,MOS C-V,法：,當(dāng), = 0,o,時(shí),= 0,o,2n,1,d,cos,= N,氧化膜缺陷的檢測,1.,針孔,2.,氧化層錯(cuò)的檢測,Sirtle,液腐蝕, TEM,成像, X,射線貌相法,摻雜工藝,一， 概述,1.,摻雜,將所需雜質(zhì)按濃度和分布的需要，摻入到半導(dǎo)體中，改變,

8、半導(dǎo)體電學(xué)性能，以達(dá)到制備半導(dǎo)體器件的目的。,2.,摻雜的意義,（,1,）改變材料導(dǎo)電性能,形成電阻，歐姆接觸，互連線。,（,2,）,改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型,形成,pn,結(jié),合金,氣,-,固擴(kuò)散：液態(tài)源擴(kuò)散,擴(kuò)散,粉末源擴(kuò)散,片狀源擴(kuò)散,固,-,固擴(kuò)散：摻雜,SiO,2,乳膠源擴(kuò)散,CVD,摻雜薄膜源擴(kuò)散,離子注入,3.,摻雜的方法,n-Si,P-Si,n-Si,P-Si,e,b,c,n,+,p,n,電 阻 及 三 極 管 示 意 圖,二，雜質(zhì)在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散,擴(kuò)散原理,擴(kuò)散是微觀粒子（原子或分子）熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)果。在一定溫度 下,微觀粒子具有一定能量,能克服某種阻力進(jìn)入半導(dǎo)體,并在其 中作緩慢遷

9、移運(yùn)動(dòng)。這些雜質(zhì)或替代硅原子的位置,或處在晶格 的間隙中,分別稱作替位式擴(kuò)散,或間隙式擴(kuò)散。擴(kuò)散的方向,總,是由高雜質(zhì)濃度指向低雜質(zhì)濃度。,替 位 式 擴(kuò) 散 間 隙 式 擴(kuò) 散,兩步擴(kuò)散,為獲得所需雜質(zhì)分布，往往要進(jìn)行二步擴(kuò)散,* 預(yù)淀積所需雜質(zhì)總量,恒定表面濃度擴(kuò)散,* 獲得所需表面濃度及擴(kuò)散深度,有限源擴(kuò)散,(,再分布,),.,擴(kuò)散氣氛和襯底晶向的影響,（,1,）,氧化增強(qiáng)擴(kuò)散（,OED,）,*,在氧氣氛中，,P,，,B,等雜質(zhì)擴(kuò)散得到增強(qiáng)。,*,氧化增強(qiáng)擴(kuò)散機(jī)理,雜質(zhì)可在缺陷,(,氧化堆垛層錯(cuò),),處綴飾。,氧化堆垛層錯(cuò)處晶體結(jié)構(gòu)不完整，原子鍵合不,全，較易產(chǎn)生空位，增強(qiáng)替位式擴(kuò)散。,

10、（,2,）,襯底晶向?qū)U(kuò)散系數(shù)的影響,* 在氧化氣氛中，雜質(zhì)在不同晶向硅中擴(kuò)散，其增強(qiáng)系,數(shù)不同。,* 不同晶向氧化生長速率不同。,三，擴(kuò)散方法,擴(kuò)散系統(tǒng),擴(kuò)散方法：,氣,-,固擴(kuò)散： 液相源,開管擴(kuò)散,片狀源,開管擴(kuò)散,粉末源,箱法或雙溫區(qū)擴(kuò)散,固,-,固擴(kuò)散：摻雜,SiO,2,乳膠源,開管擴(kuò)散,CVD,摻雜薄膜源,開管擴(kuò)散,擴(kuò)散工藝過程：,擴(kuò)散實(shí)例：,氣,-,固擴(kuò)散：片狀源,1.,氮化硼,2.,硼微晶玻璃,(PWB),3.,磷微晶玻璃,(LWP),*,擴(kuò)散系統(tǒng),* 擴(kuò)散原理,BN,4BN+3O,2,2B,2,O,3,+2N,2,2B,2,O,3,+3Si,4B+3SiO,2,(1100-1

11、150,),PWB,B,2,O,3,+SiO,2,+Al,2,O,3,+(MgO+BaO),2B,2,O,3,+3Si,4B+3SiO,2,LWB,Al(PO,3,),3,+SiP,2,O,7,Al(PO,3,),3,AlPO,4,+P,2,O,5,SiP,2,O,7,SiO,2,+P,2,O,5,2P,2,O,5,+5Si,5SiO,2,+4P,（約,950,）,擴(kuò)散質(zhì)量分析,影響薄層電阻,Rs,的因素：,氣體流量,R,S,擴(kuò)散溫度,R,S,氣體功能：保護(hù)表面 （流量過小，起不到保護(hù)作用）,雜質(zhì)輸運(yùn) （流量過大產(chǎn)生渦流，影響擴(kuò)散均勻性）,氣氛的影響：氧氣可阻止硼硅相的產(chǎn)生，使薄層電阻變小。,

12、源片與硅片間距：間距小使薄層電阻小。,影響結(jié)深和表面濃度的因素：,結(jié)深：擴(kuò)散溫度（,T2,）,擴(kuò)散時(shí)間（,t2,）,表面濃度： 擴(kuò)散溫度,T1D1Ns,T,2D2, Ns,（,D,為擴(kuò)散系數(shù)） 擴(kuò)散時(shí)間,t1Ns,t2 Ns,擴(kuò)散質(zhì)量分析,表面狀況：,表面合金點(diǎn)（表面雜質(zhì)濃度過高）,表面黑點(diǎn)和白霧（,wafer,表面被沾污）,pn,結(jié)特性,:,表面溝道（擴(kuò)散掩膜太薄或雜質(zhì)沾污）,軟擊穿（雜質(zhì)沾污）,四，,擴(kuò)散工藝的質(zhì)量檢測,擴(kuò)散工藝的污染控制,（,1,）常規(guī)沾污, 沾污種類：顆粒、薄膜、有機(jī)、金屬離子,顆粒：硅屑，石英屑，灰塵，操作者帶入的顆粒等,清洗,薄膜：光刻膠的殘留膜、天然氧化膜,有機(jī)：

13、油脂（指紋），有機(jī)溶劑殘留,1,#,或,3,#,清洗液,金屬離子：化學(xué)清洗中的再沾污，金屬工具, 預(yù)防措施：嚴(yán)格清洗，不用不潔器具與手接觸硅片。,有機(jī),1,#,或,3,#,清洗液,SiO,2,HF,：,HNO,3,屬,1,#,清洗液,重金屬,2,#,清洗液,（,2,）高溫處理的污染控制, 系統(tǒng), 定期清洗各類工具及器皿,C-V,在線檢測，判斷系統(tǒng)的清潔度，常用,HCl,清洗爐管, 系統(tǒng)撿漏,2.,擴(kuò)散工藝的質(zhì)量檢測,（,1,）,常規(guī)檢測內(nèi)容及手段,高溫系統(tǒng),氣體管道,采用高純材料制備,（,2,）,R,s,，,X,j,及,N(x),的測量原理,R,s,的測量原理,四探針技術(shù),X,j,的測量原理,

14、磨角染色法, SEM,成象,-,樣品介離,-,腐蝕法顯示,pn,結(jié)邊界 （,HF:HNO,3,:CH,3,COOH=1:30:30,）,-SEM,成象,N,（,X,）,的測量原理,擴(kuò)展電阻法,由于擴(kuò)展電阻法可測得,10,-10,cm,3,區(qū)域的電阻率，分辨率達(dá),1,，,比四探針測量的分辨率高，所以被廣泛用于測量淺結(jié),的雜質(zhì)濃度分布。,當(dāng)探針,-,半導(dǎo)體接觸面為半球面（,r,o,2.510,-3,cm,）,時(shí),:,U,O,R,SP,=U,O,/I,當(dāng)探針,-,半導(dǎo)體接觸面為圓盤形：,測試誤差,（,1,）探針,/,半導(dǎo)體接觸形成整流接觸。,（,2,）接觸點(diǎn)小，形成強(qiáng)電場，可改變載流子遷移率。,（,

15、3,）焦耳熱使觸點(diǎn)處局部升溫，形成溫差電勢，可改變,載流子濃度及遷移率。,當(dāng)測試電壓小于,1.5mv,這些因素造成的誤差可忽略，但仍需修正。,光刻,概述,* 光刻技術(shù)的重要性：,IC,制造中的重要工藝技術(shù)之一，可形成局部摻雜區(qū)域，,多晶硅柵， 金,半歐姆接觸孔，互連圖形等。,* 光刻技術(shù)：,圖象復(fù)印與刻蝕相結(jié)合的技術(shù)。,* 光刻質(zhì)量的判別：,由分辨率，光刻精度（條寬及套刻精度）以及缺陷密度,來標(biāo)稱。,* 影響光刻質(zhì)量的因素：,光刻膠，曝光方式（曝光系統(tǒng)）及刻蝕方式等。,* 光刻工藝簡介,* 光刻工藝簡介,光刻膠的種類和感光原理,光刻膠：高分子聚合物，增感,劑，溶劑及添加劑按,一定比例配制而成,

16、。,1.,光刻膠的種類,光 刻 膠 種 類,性,能,負(fù),膠,聚肉桂酸酯類,對(duì)環(huán)境因素不敏感，感光速率高，與硅片粘附性能好，抗蝕能力強(qiáng) ，分辨率差。,聚 羥 類,正 膠,鄰,-,疊 氮 醌 類,有極高分辨率，較強(qiáng)的抗干法刻蝕及抗熱處理能力，與硅片粘附差，抗?jié)穹ǜg力差。,2.,光刻膠的感光原理,光 刻 膠,感 光 機(jī) 理,負(fù),膠,聚肉桂酸酯類,在紫外光輻照下，引起聚合物分子間的交聯(lián)，轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡陲@影液的物質(zhì)。,聚 羥 類,在紫外光輻照下，交聯(lián)劑,(,雙疊氮交聯(lián)劑,),放出氮?dú)?，轉(zhuǎn)變?yōu)殡p氮烯自由基，并和聚羥類樹酯作用，在聚合物分子鏈間形成橋鍵，成為三維結(jié)構(gòu)的不溶性物質(zhì)。,正,膠,鄰,-,疊氮醌類,

17、在紫外光輻照下放出氮?dú)?，分子結(jié)構(gòu)重新排列，產(chǎn)生環(huán)收縮，在堿性水溶液中生成可溶性羥酸鹽。,6.2.2,光刻膠的主要性能,主 要 性 能,定 義,對(duì)光刻質(zhì)量的影響,感 光 度,S,S=K/H,*,(,曝光量,),H=,光照度,曝光時(shí)間,影響光刻水平,-R,( ),d:,掩膜面與膠,/,硅,片界面的間距,:,曝光源波長,分 辨 率,R,1/R=1/W (,最小線條寬度,),能獲得圖形的最小尺寸,粘 附 性,膠,/,襯底間粘附強(qiáng)度,抗 蝕 性,能經(jīng)受濕,(,干,),腐蝕的最長時(shí)間,影響合格率,-,缺陷密度,針 孔 密 度,單位面積的針孔數(shù),留膜率,(d,1,/d,2,),曝光顯影后與曝光前膠膜厚度之比

18、,*,H,：,光刻膠在標(biāo)準(zhǔn)條件下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)所需的最小能量。,6.3,光刻工藝,光刻流程：,襯底預(yù)處理,-,勻膠,-,前烘,-,對(duì)位曝光,-,顯影,-,后烘,-,腐蝕,-,去膠,1.,襯底預(yù)處理：清潔，增粘處理,清潔處理：去除顆粒,-,化學(xué)清洗，刷片,去除有機(jī)沾污,-,化學(xué)清洗,增粘處理：高溫焙烘,(800,，,N,2,或,O,2,),使用增粘劑,(,二甲基二氯硅烷，六甲基二硅亞胺,),增粘處理的原理：,2.,勻膠,工藝要求：膠膜均勻，無缺陷，厚度適當(dāng)。,均勻無缺陷膠膜的獲得,:,環(huán)境相對(duì)濕度低,凈化級(jí)別高。,膠膜厚度,(d),的確定,:,d,R d,d,針孔密度,d,膠膜厚度需相應(yīng)考慮,

19、* 膠膜過厚，表面光吸收強(qiáng)：負(fù)膠,-,粘附性差；,正膠,-,顯影后有底膜。,3.,前烘,目的：去除膠膜中的溶劑，增強(qiáng)粘附性，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。,方式：烘箱,-,生產(chǎn)率高，溫度不均勻。,紅外,-,溶劑揮發(fā)充分，前烘效果好。,熱板,-,生產(chǎn)率高，溫度均勻，能自動(dòng)傳送硅片。,4.,對(duì)位曝光,*,光源：光源為平行光，與襯底片垂,直，并根據(jù)光敏圖譜，選擇,曝光波長。,* 正確控制曝光量，過量曝光可導(dǎo)致條寬精度下降。,#,曝光量與留膜率,正膠,-HH,T,(,略大于,),負(fù)膠,-HH,0,(,略大于,),#,曝光量與線寬控制,5.,顯影,顯影工藝：顯影，漂洗，干燥。,顯影中的常見問題：,(1),負(fù)膠經(jīng)顯影

20、保留下來的膜會(huì)膨脹，使窗口變小。,選擇膨脹效應(yīng)較弱的顯影液。,選擇可使光刻膠收縮的漂洗液。,選擇最佳顯影方式,(,噴顯,),。,掌握適當(dāng)?shù)娘@影時(shí)間。,(2),正膠經(jīng)顯影保留下來的膠膜未經(jīng)曝光，與顯影液不浸潤，,不會(huì)膨脹， 分辨率高。,6.,后烘,去除顯影后膠膜內(nèi)殘留的溶液，增加膠膜與襯底間,粘附性，使光刻膠更致密，抗蝕性更強(qiáng)。,7.,腐蝕,(1),濕法腐蝕,-,化學(xué)反應(yīng),-,各向同性,-,線寬,5,常用薄膜的濕法腐蝕,SiO,2, HF : NH,4,F : H,2,O,HF(49%) :,腐蝕速率大，腐蝕時(shí)間難以控制，有剝,離光刻膠的侵向。,NH,4,F :,減緩,HF,對(duì),SiO,2,的腐

21、蝕,抑制對(duì)光刻膠的剝離。,H,2,O :,調(diào)節(jié)腐蝕液濃度。,影響腐蝕速率的因素：溶液配比，腐蝕溫度，,SiO,2,的致密性，摻雜情況，腐蝕,方式。,Si,3,N,4, H,3,PO,4,(,180),(,溫度較高，光刻膠抗蝕性下降。,),H,3,PO,4,: HF,4,B (100,110 ),(,不傷害光刻膠，但可同時(shí)腐蝕,SiO,2,),Poly-Si HF : HNO,3,: CH,3,COOH,（,腐蝕質(zhì)量差）,Al H,3,PO,4,: HNO,3,: CH,3,COOH : H,2,O,BPSG HF(6%) + NH,4,F(30%): CH,3,COOH = 2 : 1,薄 膜

22、 的 濕 法 腐 蝕 工 藝,薄 膜,腐 蝕 工 藝,備 注,SiO,2,HF : NH,4,F : H,2,O (,30,),HF:,腐蝕劑,NH,4,F:,緩沖劑,BPSG,HF(6%) + NH,4,F(30%): CH,3,COOH = 2 : 1,Si,3,N,4,1# ： H,3,PO,4,(180),2# ： H,3,PO,4,: HF,4,B (100 110 ),1#,：腐蝕溫度過高，傷害光,刻膠,2#,：能腐蝕,SiO,2,Poly-Si,HF : HNO,3,: CH,3,COOH,HF,：,腐蝕劑,HNO,3,：,氧化劑,CH,3,COOH,：,緩沖劑,Al,H,3,P

23、O,4,: HNO,3,: CH,3,COOH : H,2,O (,40,),H,3,PO,4,:,腐蝕劑,HNO,3,:,腐蝕劑,CH,3,COOH:,潤濕劑,H,2,O,：,稀釋劑,濕法腐蝕之不足：,化學(xué)藥品具有毒性及腐蝕性。,各向同性腐蝕，不利于提高分辨率。, Si,3,N,4, Poly-Si,腐蝕液可溶解光刻膠，使圖形畸變。,干法腐蝕方式：,等離子腐蝕,*,-,靠活性分子或游離基團(tuán)腐蝕,-,各向同性腐蝕,反應(yīng)離子刻蝕,*,-,靠活性分子或離子腐蝕,-,各向異性腐蝕,離子束,-,物理腐蝕,-,各向異性腐蝕,(2),干法腐蝕,等離子腐蝕的原理：,在,10,-1,-10,-3,范圍，利用,

24、RF,電源使反應(yīng)室產(chǎn)生輝光,放電，同時(shí)反應(yīng)氣體被激活，產(chǎn)生活性游離基，,與被腐蝕材料反應(yīng)，產(chǎn)生揮發(fā)性氣體并排出。不,同材料需采用不同氣體進(jìn)行腐蝕，從而實(shí)現(xiàn)選擇,性腐蝕。腐蝕完畢用氧離子進(jìn)行去膠。,反應(yīng)離子刻蝕（,RIE,）,#,反應(yīng)離子刻蝕的優(yōu)越性：,反應(yīng)離子刻蝕同時(shí)具有化學(xué)，物理腐蝕原理，因此刻蝕,速率各向異性效應(yīng)更強(qiáng)，有利于提高光刻的分辨率。,#,反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng),等離子刻蝕系統(tǒng) 反應(yīng)離子刻蝕系統(tǒng),8,光刻膠的剝離,(,去膠,),(1),濕法剝離技術(shù),#,介質(zhì)膜上光刻膠的剝離：,H,2,SO,4,: H,2,O,2,= 3 : 1 (120, 5),H,2,SO,4,: HNO,3,= 8

25、8 : 12 (100, 5),#,金屬膜上光刻膠的剝離：,采用有機(jī)類溶液浸泡，對(duì)金屬無腐蝕作用。,(2),干法剝離技術(shù),# O,2,等離子去膠,+ 600 N,2,退火,#,紫外光分解，使膠分解成,CO,2, H,2,O,接觸與互連（蒸發(fā)工藝）,一，概述,1.,金屬化的意義：作為,IC,中各元件的接觸和互連,金屬,/,半導(dǎo)體間形成低阻歐姆接觸,2.,互連材料電阻率足夠低,互連線的臺(tái)階覆蓋性好,3.,VLSI/ULSI,金屬化：,(1),多層布線技術(shù)：單層金屬接觸與互連,金屬層間的絕緣與互連,(2),淺結(jié)（,sub-m,deep sub-m,）,接觸：,接觸界面的平整度,金屬,/,半導(dǎo)體間的擴(kuò)

26、散阻擋層,金屬化的基本要求,二， 歐姆接觸,（一）歐姆接觸的基本原理,1,歐姆接觸：金,-,半接觸的伏,-,安特性呈線性，,并關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱。,2,描寫歐姆接觸性能的參數(shù),比接觸電阻,R,C,（,qV,b,：,M-S,接觸勢壘高度；,N,：,硅摻雜濃度）,3,實(shí)際接觸電阻,R = R,C,/S (S,為接觸面積,),（二）歐姆接觸,與整流接觸,a.,形成寬度為,的耗盡層，阻擋電子穿越,整流接觸,b.,形成寬度為,的載流子積累層,歐姆接觸,W,M,W,S,整流接觸,W,M,W,S,歐姆接觸,W,M,W,S,歐姆接觸,W,M,W,S,整流接觸,n-Si,P-Si,* 金,-,半表面態(tài)的存在，使幾乎所

27、有金屬與半導(dǎo)體接觸均,形成勢壘,整流接觸；當(dāng),qV,b,0.3eV,反向電流,I,f,100A/cm,2,近似認(rèn)為歐姆接觸。,三， 接觸與互連材料的選擇：,（一）,選擇原則,1,良好的導(dǎo)電性,2,與,Si,形成低阻歐姆接觸,3,與,wafer,表面粘附良好，并不發(fā)生不良反應(yīng),4,抗電遷移能力強(qiáng),5,抗龜裂,6,能經(jīng)受后續(xù)高溫工藝,（多層布線,BPSG,回流,）,7,易于淀積成膜,8,易于圖形化,9.,易于鍵合封裝,工藝可行性,降低功耗，提高信號(hào)傳輸速度,高可靠性,（二）,Al,常用接觸互連材料,1,Al,用于金屬布線的優(yōu)越性,（,1,）,= 2.65cm,（,2,）,Al-Si,（,n,+,p

28、,）,具有良好的歐姆接觸。,（,3,）易于淀積（真空蒸發(fā)，濺射），圖形化，鍵合。,2,Al,作接觸互連之不足,（,1,）,Al-Si,共熔點(diǎn)低（,577,）,不利于多層互連工藝。,（,2,）,Al-Si,互溶性強(qiáng), Al-Si,界面不平整，不利于淺結(jié)接觸。,（,3,）,抗電遷移性能差,可靠性差。,（,4,）,Al,化學(xué)性能過于活潑,可靠性差。,4Al + 3SiO,2, 2Al,2,O,3,+ 3Si,2Al + 6HCl 2AlCl,3,+ 3H,2,2Al + 3H,2,SO,4, Al,2,(SO,4,),3,+ 3H,2,Al,2,O,3,+ 2NaOH 2NaAlO,2,+ H,2,

29、O,2Al + 2NaOH + 2H,2,O 2NaAlO,2,+ 3H,2,1.,鋁合金電極,(1),AlSi,(Si: 1,2 wt%),*,改善,M/Si,界面平整度。,* 抗電遷移性能提高。,* 提高機(jī)械強(qiáng)度。,（,2,）,AlCu,(Cu: 2,4 wt%),*,改善電遷移。,* 抗龜裂。,2.,金屬阻擋層,（,1,）,M/Si,界面平整。,（,2,）協(xié)調(diào),M/Si,間的應(yīng)力，提高抗龜裂性。,（三）,VLSI/ULSI,的接觸與互連,Poly-Si,（,1,）,Poly-Si/,Crys,-Si,界面平整。,（,2,）無接觸勢差，良好歐姆接觸。,（,3,）能承受高溫回流工藝。,難熔金

30、屬及其硅化物,（,1,）,M/Si,界面平整。,（,2,）能承受高溫回流工藝。,（,3,）電阻率大大低于,Poly-Si,。,四， 金屬薄膜形成的方法,（一） 電子束蒸發(fā),克服鎢絲阻熱蒸發(fā)之不足：,（,1,）,Na,沾污,（,2,）形成鋁鎢合金,（,4Al + W WAl,4,）,（,3,）,不能蒸發(fā)難熔金屬,（,4,）蒸發(fā)合金時(shí)成分難以控制,電子束蒸發(fā)：,經(jīng)高壓加速并聚焦的電子束轟擊金屬源，將能量交給金屬源，使之溫度升至汽化點(diǎn)，產(chǎn)生蒸發(fā)，并淀積在樣品上。,電子束蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：,淀積膜純度高，沾污少，可蒸發(fā)難熔金屬，合金材料的成分可控（采用多坩堝，多槍技術(shù)）,（二） 磁控濺射,濺 射：在真空中充

31、入惰性氣體,(,Ar,),，,施加一強(qiáng)電場，使靶子置于,陰極，在電場作用下使氣體放電，產(chǎn)生大量離子；正離子,在電場加速下轟擊靶子,當(dāng)離子的動(dòng)能超過靶材的結(jié)合能,時(shí)，靶表面原子脫離表面，濺射到樣品上，淀積成膜，稱,為二極濺射。,磁控濺射：在陰極上加一磁場，使磁場與電場成正交，電子受洛倫,茨力作用，在陰極表面附近作回旋運(yùn)動(dòng)，有更多機(jī)會(huì)撞,擊氣體分子，增加了等離子體密度，從而提高了濺射速,率。,磁控濺射的優(yōu)點(diǎn)：,（,1,）可濺射氣化點(diǎn)很高，蒸汽壓強(qiáng)較?。ú贿m宜蒸發(fā)）,的材料。,（,2,）,采用多靶共濺或鑲嵌靶，可濺射合金，且成分穩(wěn)定。,（,3,）,二次電子受洛倫茨力作用，不轟擊樣品，損傷小。,（,4

32、,） 在電磁場作用下，提高了氣體分子的離化率，可在,較低氣壓下濺射，使淀積膜純度提高。,五，合金化,合金的目的,通過熱處理，使,M-S,間形成低阻歐姆接觸，并增,加金屬互連線與,SiO,2,的粘附性。,合金化原理,M-S,系統(tǒng)經(jīng)合金,界面二側(cè)原子相互擴(kuò)散，共熔形,成合金。,M-S,系統(tǒng)經(jīng)合金,界面二側(cè)原子相互擴(kuò)散，形成有,確定組分的硅化物（,CoSi,2, TiSi,2,MoSi,2,）。,合金化,真空,N,2,（,或惰性氣體）,H,2,/N,2,形成氣,（,H,2,5%N,2,95%,）,合金化氣氛,六， 多層布線技術(shù),（一）多層布線的一般考慮,1,多層布線的必要性,（,1,）縮短互連線長度

33、（使芯片面積縮小，提高信號(hào)傳輸速度）,（,2,）避免連線交叉,2,對(duì)絕緣介質(zhì)和布線金屬的要求,（,1,）絕緣介質(zhì),* 介電強(qiáng)度高，介電常數(shù)小。,* 理化性能穩(wěn)定，雜質(zhì)離子遷移率低。,* 熱膨脹系數(shù)與襯底匹配。,* 結(jié)構(gòu)致密針孔密度低。,* 與襯底及金屬膜粘附性好。,* 便于刻蝕層間互連孔。,* 表面平整。,* 常用：,SiO,2, PSG, Al,2,O,3,Polymind,（,聚酰亞胺）,（,2,）,布線金屬,* 良好的導(dǎo)電性能,* 與硅能形成低阻歐姆接觸,* 與介質(zhì)粘附好,* 對(duì)介質(zhì)腐蝕液有良好的抗蝕性,2,影響多層布線質(zhì)量的因素,（,1,）互連孔的刻蝕,為防介質(zhì)腐蝕液腐蝕布線金屬，通常

34、選擇干法刻蝕。,（,2,）層間絕緣,介質(zhì)膜的完整性,（針孔，龜裂可造成金屬層間漏電或短路）,（,3,）臺(tái)階復(fù)蓋,金屬層間介質(zhì)層不宜過厚,采用平坦化工藝,（二） 多層布線技術(shù)簡介,(Advanced VLSI Fabrication),1.,AlCu,互連技術(shù),2. Cu,互連技術(shù),七，,VLSI,中的接觸與互連問題, 固定布線與選擇布線,固定布線：多層布線均安設(shè)計(jì)版圖進(jìn)行。,選擇布線：在第一層布線形成單元電路后，進(jìn)行單元測試，,將合格單元存入計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)第二,層布線圖形。,難熔金屬及其硅化物在,VLSI,中的應(yīng)用,（,1,）,VLSI,中線條特征尺寸小于,2,，,摻雜,Poly-Si,電阻,變得相當(dāng)大，因此,RC,延遲將限制電路中信號(hào)傳,輸速度的提高。,（,2,）,難熔金屬（,W,Ti,Mo,）,及其硅化物（,WSi,2,TiSi,2,MoSi,2,）,的應(yīng)用，將彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)。,