半导体工艺制造论文

请回答以下问题：

题目：（1）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理!

题目：（2）在电极形成或布线工艺中,用到金属Ti,请详尽说明金属Ti的特性、金属Ti 的相关工艺、以及金属Ti在电路中的作用!

题目：（3）在化学气相淀积反应中低压会带来什么好处?

题目：（4）在光刻胶工艺中要进行，软烘，曝光后烘焙和坚膜烘焙，请详细说明这三步工艺的目的和条件。

题目：（5）请对Si（以一种刻蚀气体为例）和SiO2（以一种刻蚀气体为例）刻蚀工艺进行描述，并给出主要的化学反应方程式。

（每题20分，满分100分）

（1）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理!

答：轻掺杂漏区（LDD）注入用于定义MOS晶体管的源漏区。这种区域通常被称为源漏扩展区。注入使LDD杂质位于栅下紧贴沟道区边缘，为源漏区提供杂质浓度梯度。LDD在沟道边缘的界面区域产生复杂的横向和纵向杂质剖面。nMOS和pMOS的LDD 注入需用两次不同的光刻和注入。在源漏区浅结形成的同时MOSFET的栅也被注入。

LDD结构用栅作为掩膜中低剂量注入形成（n-或p-注入），随后是大剂量的源漏注入（n+或p+注入）。源漏注入用栅氧化物侧墙作为掩膜。如果没有形成LDD，在正常的晶体管工作时会在结和沟道区之间形成高电场。电子在从源区向漏区移动的过程中（对n沟道器件）将受此高电场加速成为高能电子，它碰撞产生电子—空穴对。热电子从电场获得能量，造成电性能上的问题，如被栅氧化层陷阱捕获，影响器件的阀值电压控制。

随着栅氧厚度、结深、沟道长度的减小,漏端最大电场强度增大,热载流子效应的影响变大,它对器件的寿命、可靠性等有很大影响。通过分析我们可以看到：LDD结构通过两条途径来抑制热载流子效应：弱化漏端电场和使得漏端最大电场离开栅极。增大注

入剂量对于提高电流驱动能力有好处,但在剂量达到约132

⨯以后,驱动电流的增加

110cm-

就显得困难。最后我们得出n-区掺杂浓度132

⨯附近,注入能量定为30keV时器件性

110cm-

能最佳。

LDD在高浓度源漏区和低浓度沟道区间形成渐变的横向浓度梯度。LDD降低的杂质浓度减小了结和沟道区间的电场。这项技术把结中的最大电场位置与沟道中的最大电流路径分离，以防止产生热载流子。

（2）在电极形成或布线工艺中,用到金属Ti,请详尽说明金属Ti的特性、金属Ti的相关工艺、以及金属Ti在电路中的作用!

答：一、金属钛的特性

钛是一种银白色的金属，在金属分类中被划归为稀有轻金属，在元素周期表中属ⅣB族元素，原子序数为22，原子量为47.9，原子半径为0.145nm。钛有两种同素异构体，其相转变温度为882.5℃。在转变温度以下为密排六方的α-Ti，在转变温度以上直到熔点之间为体心六方β-Ti。熔点为1668±5℃。

1、密度小、强度高

钛的密度为4.507g/cm2（20℃），与常用金属相比，介于铁（7.8）、铝（2.7）之间，相当于铁的57%，约为不锈钢、钴、铬等合金的一半，比黄金的16.3更是轻了许多。

2、耐腐蚀性能

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定。如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。

这是因为钛和氧的亲和力很大，在空气中或含氧介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。

3、吸气性能

钛是一种化学性质非常活泼的金属，原子价是可变的。在较高的温度下可与许多元素和化合物反应。钛吸气主要与C、H、N、O发生反应，使其性能裂化。掌握钛的吸气性能对钛的加热、机械加工、加工成型、铸造和焊接和使用，具有重要意义。钛在热加工中要在保护性气氛中进行。钛在400℃以上大量吸氢，要引起氢脆。一般认为，钛基体中的含氢量超过90 ~150ppm时，就会沿着晶界或由晶界向晶内方向析

），类似在钛基体中有微裂纹，在应力出针状、片状或块状等氢化物的沉淀相（TiH

2

作用下扩展直至破裂。

4、耐热性能

钛在500℃一下长期使用，其物理性能、机械性能和工艺性能稳定。飞机发动机的理想材料。

5、耐低温性能

钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）、TC4和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温合金，其强度随温度降低而提高而塑性却变化不大。低温下保持较好的延性和韧性。避免了金属的冷脆性，是低温容器的理想材料。

6、弹性模量低（表面硬度）

钛的弹性模量常温时为103.4×103Mpa，为钢的57%，这说明钛的抵抗正应变的能力低于钢，所以钛承受外压力，压杆稳定和挠度变形等条件下使用受到限制，不宜做刚性构件，但是对弹性元件有利。钛的弹性模量随温度的升高而下降。

7、导热系数小

钛的导热系数为0.1507J，是低碳钢的1/5，铜的1/25，与不锈钢接近，对外界的温度影响较小。

8、无磁性、无毒

钛是无磁性的金属，在很大的磁场中也不会被磁化。这一特性使钛应用于磁控设备中，钛制舰艇外壳可以避免磁性雷的爆炸；钛骨头、钛制心脏起搏器不受雷雨天气的影响；钛无毒，又与人体组织和血液有良好的相容性，因此，钛是一种理想的生物材料。

9、抗拉强度与其屈服强度接近

钛的这一性能说明其屈强比高，表示了金属钛材在成型时塑性变形差，内部有较大的应力，钛不适合于冷成型应该热成型，以免引起应力开裂。温热加工温度不超过315℃。既可避免由于钛的回弹力大和屈强比大引起的应力及应力开裂。

10、抗阻尼性能

金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。

利用这一特性，可制作音叉、超声碎石机的振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。

二、金属钛的相关工艺

1、双辉等离子表面冶金Ti-Cu阻燃合金的制备工艺

利用双层辉光离子渗金属技术，在Ti-6Al-4V的表面渗入Cu元素，在其表面形成Ti-Cu 阻燃合金层。合适的工艺参数为：870C

︒渗铜3.5h，渗层厚度可达到200um以上。阻燃合金层的成分呈梯度分布，显微组织为基体组织加弥散分布的Ti2Cu金属间化合物。2、电化学还原TiO2制备金属钛的工艺

采用熔盐电解法，在900C

︒熔盐CaCl2中以烧结TiO2为阴极，石墨棒为阳极制备出金属钛。

3、钛及钛合金熔炼技术工艺

工业化生产中最有历史的并且最常用的钛熔炼设备是VAR炉（真空电弧熔炼炉），今年来发展最快的是电子束冷床熔炼炉和等离子束冷床熔炼炉，首先是用电子束，然后是离子束，随后该技术快速发展并加入到了过去由VAR熔炼主导的工业领域中。

三、金属钛在电路中的作用

钛金属在CMOS制作过程的接触形成工艺中可以使硅和随后淀积的导电材料更加紧密地结合起来。钛的电阻很低，同时能够与硅发生充分反应。当温度大于700C

︒时，钛个硅发生反应生成钛的硅化物。钛和二氧化硅不发生反应，因此这两种物质不会发生化学的键合或者物理聚合。因此钛能够轻易的从二氧化硅表面除去，而不需要额外掩膜。钛的硅化物在所有有源硅的表面保留了下来。

1、金属钛淀积：一薄阻挡层金属钛衬垫于局部互连沟道的底部和侧壁上。这一层钛充

当了钨与二氧化硅间的粘合剂。

2、氮化钛淀积：氮化钛立即淀积于钛金属层的表面充当金属钨的扩散阻挡层。

3、金属淀积钛阻挡层：在薄膜区利用物理气相淀积设备在整个硅片表面淀积一薄层钛。

钛衬垫于通孔的底部及侧壁上。钛充当了将钨限制在通孔中的粘合剂。

4、淀积氮化钛：在钛的上表面淀积一薄层氮化钛。在下一步淀积中，氮化钛充当了钨

的扩散阻挡层。

5、金属钛阻挡层淀积：钛是淀积于整个硅片上的第一层金属。它提供了钨塞和下一层

金属铝之间的良好键合。同样它与层间介质材料的结合也非常紧密，提高了金属叠加结构的稳定性。