集成電路中基礎(chǔ)器件工藝綜述

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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(jiǎn)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,/

2、,半合金,,表 面 鈍 化： 淀積鈍化膜,+,光刻鍵合孔,,硅平面三極管截面圖,,,,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(jiǎn)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

3、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

4、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,Ⅰ,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,Ⅱ,號(hào)液,HCl,: H2O2 : H2O = 1 : 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,Ⅲ,、,Ⅴ,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(zhǎng)

5、,SiO,2,工藝簡(jiǎn)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(jiǎn)介,,（,1,）熱氧化 （,2,）,CVD,,,（,3,）,陽(yáng)極氧化 （,4,）射頻濺射,……,,,二,, SiO,2,膜在電路中的功能,,1.,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,,,,,

6、三,,,熱氧化原理,,,1.,干氧氧化的氧化膜生長(zhǎng)機(jī)理,,,,Si + O,2,= SiO,2,,,,,,,,,,2.,水汽氧化的氧化膜生長(zhǎng)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(zhǎng)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,SiO,2,反應(yīng)，生成硅烷醇，硅烷醇擴(kuò)散穿越,SiO,2,,,與,Si,反

7、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,.,,

8、濕 氧,,快,,致密性略差于干氧氧化膜,,,表面有,Si-,,OH,,與光刻膠粘附不好,,,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(cè)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),Φ = 0,o,,時(shí),,,Φ,’,= 0,o,2n,1,d,cos,Φ,’,= Nλ,,氧化膜缺陷的檢測(cè),,1.,針孔,,,,

9、,,,,,2.,氧化層錯(cuò)的檢測(cè),,,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,,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,

10、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,１,．,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

11、擴(kuò) 散,,２．兩步擴(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,),,,,,,,３,.,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。,,（,2,）,,襯底晶向?qū)U(kuò)散系數(shù)的影響,,* 在氧

12、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(zhǎng)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(guò)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,+3S

13、i,?,4B+3SiO,2,(1100--1150,℃,),,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

14、面 （流量過(guò)小，起不到保護(hù)作用）,,雜質(zhì)輸運(yùn) （流量過(guò)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。,,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,T1↑→D1↑→Ns↑,,T,,2↑→D2,,↑→ Ns↓,（,D,為擴(kuò)散系數(shù)） 　　　 擴(kuò)散時(shí)間,t1↑→Ns↑,,

15、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(guò)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(cè),擴(kuò)散工藝的污染控制,,（,1,）常規(guī)沾污,,① 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)：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,,,② 預(yù)防措施：嚴(yán)格清洗

16、，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,Ⅰ,Ⅱ,屬,—1,#,清洗液,重金屬,—2,#,清洗液,,（,2,）高溫處理的污染控制,,,① 系統(tǒng),,,② 定期清洗各類工具及器皿,,③,C-V,在線檢測(cè)，判斷系統(tǒng)的清潔度，常用,HCl,清洗爐管,,④ 系統(tǒng)撿漏,,2.,擴(kuò)散工藝的質(zhì)量檢測(cè),,（,1,）,常規(guī)檢測(cè)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(cè)量原理,,①,R,s,的測(cè)量原理,,四探針技術(shù),,②,X,j,的測(cè)量原理,,·,磨角染色法,,· SEM,成象,,--,樣

17、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,,③,,N,（,X,）,的測(cè)量原理,,,擴(kuò)展電阻法,,,由于擴(kuò)展電阻法可測(cè)得,10,-10,cm,3,區(qū)域的電阻率，分辨率達(dá),,,1,μ,，,比四探針測(cè)量的分辨率高，所以被廣泛用于測(cè)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,∽2.5×10,-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(cè)試誤差,（,1,）探針,/,半導(dǎo)體接觸形成整流接觸。,,（,2,）接觸點(diǎn)小

18、，形成強(qiáng)電場(chǎng)，可改變載流子遷移率。,,（,3,）焦耳熱使觸點(diǎn)處局部升溫，形成溫差電勢(shì)，可改變,,載流子濃度及遷移率。,當(dāng)測(cè)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(lái)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(jiǎn)介,,,,,* 光

19、刻工藝簡(jiǎn)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,。,,,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)，

20、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,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

21、膠,/,硅,,片界面的間距,,,λ,:,曝光源波長(zhǎng),,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(zhǎng)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,,,*,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

22、,,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(wú)缺陷，厚度適當(dāng)。,,均勻無(wú)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,* 膠膜過(guò)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

23、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(zhǎng)。,,,,,* 正確控制曝光量，過(guò)量曝光可導(dǎo)致條寬精度下降。,,,#,,曝光量與留膜率,,,,正膠,-H>H,T,(,略大于,),,,負(fù)膠,-H>H,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(wèn)題：,,(1),,負(fù)膠經(jīng)顯影保留下來(lái)的膜會(huì)膨脹，使窗口變小。,,,·,選擇膨脹效應(yīng)較弱的顯影液。

24、,,,·,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(lái)的膠膜未經(jīng)曝光，與顯影液不浸潤(rùn)，,,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～,5μ,,,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),S

25、iO,2,的腐蝕,,,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,,﹟

26、BPSG — 〔HF(6%) + NH,4,F(30%)〕: CH,3,COOH = 2 : 1,,,薄 膜 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

27、#,：腐蝕溫度過(guò)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,PO,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(rùn)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

28、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,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：

29、,,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,= 88 : 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(wú)腐蝕作用。,,,(2),干法

30、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)：?jiǎn)螌咏饘俳佑|與互連,,金屬層間的絕緣與互連,,,(2),淺結(jié)（,sub-μm,deep sub-μm,）,接觸：,,接觸界面的平整度,,金屬,/,半導(dǎo)體間的擴(kuò)散阻擋層,金屬化的基本要求,,,,,二， 歐姆接觸,,

31、（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(shì)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,δ,的耗盡層，阻擋電子穿越,—,整流接觸,,,b.,,形成寬度為,δ,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

32、接觸,,W,M,＜,W,S,—,整流接觸,∴,n-Si,,P-Si,,,,* 金,-,半表面態(tài)的存在，使幾乎所有金屬與半導(dǎo)體接觸均,,形成勢(shì)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,,

33、,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,）,ρ= 2.65μΩcm,,,（,2,）,Al-Si,（,n,+,,p,）,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(guò)于活

34、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,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

35、 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(wú)接觸勢(shì)差，良好歐姆接觸。,,（,3,）能承受高溫回流工藝。,,難熔金屬及其硅化物,,（,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

36、,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：在真空中充入惰性氣體,(,Ar,),，,施加一強(qiáng)電場(chǎng)，使靶子置于,,陰極，在電場(chǎng)作用下使氣體放電，產(chǎn)生大量離子；正離子,,在電場(chǎng)加速下轟擊靶子,,,當(dāng)離子的動(dòng)能超過(guò)靶材的結(jié)合能,,時(shí)，靶表面

37、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(chǎng)，使磁場(chǎng)與電場(chǎng)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,） 在電磁場(chǎng)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(guò)熱處理，使,M-S,

38、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(zhǎng)度（使芯片面積縮小，提高信號(hào)傳輸速度）,,（,2,）避免連線交叉,,,2,

39、．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，通常選擇

40、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(guò)厚,,采用平坦化工藝,,（二） 多層布線技術(shù)簡(jiǎn)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(wèn)題,,１． 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(cè)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。,,２．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,2μ,，,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)。,,,,