硅集成电路工艺基础期末复习

Al/Si接触中的现象
• 铝硅相图
• Al在Si中的溶解度低 • Si在Al中的溶解度较高（铝的尖楔现象，图9.4）
– 故退火时， Si原子会溶到Al中
• Al与SiO2的反应
4Al+ 3SiO2 3Si+2Al2O3 – 吃掉Si表面的SiO2 ，降低接触电阻 – 改善与SiO2 的黏附性
Cu 2.0 cm
• RC •
RC
l 2
tmtox
CMP
• 工艺过程
– 硅片被压在研磨盘上，硅片与研磨盘之间有一层研磨剂，硅片与研磨盘都以一定速率转动，利用研 磨剂提供的化学反应和硅片在研磨盘上承受的机械研磨，把硅片表面突出的部分除去，最终实现平 坦化。
• 问题:
– 终点探测（需要使用中止层） – 研磨产物的清洗
Photo 光刻
Etch 刻蚀
Test/Sort 测试/拣选
Implant 注入
二氧化硅的制备方法
CVD（化学气相淀积） PVD（物理气相淀积） 热氧化 1、热氧化生成的二氧化硅掩蔽能力最强 2、质量最好、重复性和稳定性最好 3、降低表面悬挂键从而使表面状态密度减小，且能很好的控制界面陷阱和 固定电荷
热氧化法
• 三种氧化法比较
干氧氧化：结构致密但氧化速度极低 湿氧氧化：氧化速度高但结构略粗糙，制备厚二氧化硅薄膜 水汽氧化：结构粗糙不可取
• 实际生产：
干氧氧化+湿氧氧化+干氧氧化
常规三步热氧化模式既保证了二氧化硅表面和界面的的质量，又解决了生 长速率的问题
决定氧化速率的因素
氧化剂分压
• 金属材料的用途及要求： – 栅电极：
• 良好的界面特性和稳定性 • 合适的功函数
– 多晶硅的优点
– 互连材料
• 电阻率小，易于淀积和刻蚀，好的抗电迁移特性
– 接触材料（接触孔、硅化物）
• 良好的接触特性（界面性，稳定性，接触电阻，在半导体材料中的扩 散系数） • 后续加工工序中的稳定性； • 保证器件不失效
在无定形靶运动的离子由于碰撞方向不断改变，因而也会有部分离子进入 沟道，但在沟道运动过程中又有可能脱离沟道，故对注入离子峰值附近 的分布并不会产生实质性的影响

增大注入离子的半径(B——BF2) 表面长二氧化硅薄层
热退火

退火也叫热处理，集成电路工艺中所有的在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都可
影响尖楔因素
• Al—Si界面的氧化层的厚度
– 薄氧 – 厚氧(出现在缺陷处，尖楔较深）
• 衬底晶向
– 〈111〉：横向扩展 – 〈100〉：垂直扩展 双极集成电路 pn结短路 MOS集成电路（尖楔现象严重）
铜及低K介质
– 优点：
• 电阻率低，可减小引线的宽度和厚度，从而减小分布电容，降低了互连 线的延迟时间。 • 抗电迁移性能好，没有应力迁移，可靠性高。





PECVD
——反应温度低，附着性好，良好的阶梯覆盖，良好的电学特性可以与精细图形转移工艺兼容，薄 膜应力低，主流工艺 ——具备LPCVD的优点


high deposition rate at relatively low temperature Improve film quality and stress control through ion bombardment
淀积
PVD物理气相淀积
真空蒸发法
溅射
CVD化学气相淀积工艺特点
化学气相淀积
CVD系统的分类 常压化学气相淀积（APCVD） 低压化学气相淀积（LPCVD） 等离子增强化学气相淀积（PECVD）
CVD三种方法比较


APCVD
LPCVD
——设备简单，淀积速率大（1000A/min） ——易气相成核，均匀性不好，材料利用率低 ——均匀性好，台阶覆盖性好，污染少。对反应室结构要求低。装片量大 ——淀积速度低，淀积温度高，存在气缺现象
在特征尺寸日益减小的今日，离子注入已经成为种主流技术
离子注入的优缺点
离子注入的沟道效应
• 沟道效应：离子沿某些方向掺入的速度比其他方向大，使离子峰 值在硅片更深处或呈双峰值得杂质分布
怎么才能解决离子沟道效应

倾斜样品表面，晶体的主轴方向偏离注入方向，典型值为7°。 先重轰击晶格表面，形成无定型层
扩散方式： 恒定表面源扩散 有限表面源扩散 实际方法： 两步 --预扩散在低温下采用恒定表面源扩散方式 --主扩散将由预扩散引入的杂质作为扩散源，在较高温度下进行 扩散。（再分布）
恒定表面源扩散，杂质为余误差分布
有限源扩散
有限源扩散的特点
离子注入的应用
可以用于n/p型硅的制作 调整阈值电压用的沟道掺杂 隔离工序中防止计生沟道用的沟道截断 CMOS阱的形成 浅结的制备
以称为退火 激活杂质：使不在晶格位置上的离子运动到晶格位置，以便具有电活性，产生自由载 流子，起到杂质的作用 消除损伤


高温下，原子的振动能增大，因而移动能力加强，可使复杂的损伤分解为点缺陷或其他形 式的简单缺陷，简单缺陷在高温下可以较高的迁移率移动，复合后缺陷消失。 对于非晶区域损伤恢复首先发生在损伤区与结晶区的交界面。 退火的温度和时间，退火方式等根据实际的损伤情况来确定。 低剂量造成的损伤，一般在较低温度下退火就可以消除。 载流子激活所需要的温度比起寿命和迁移率恢复所需要的温度低。

准确控制衬底温度
采用掺杂多晶硅做栅电极的原因
通过掺杂可得到特定的电阻 与二氧化硅有良好的接触界面 与后序高温工序兼容 比AL电极稳定性好 能实现自对准 均匀性好
氮化硅在微电子工艺中的应用
外延
自掺杂效应
生长速率的影响因素
温度 反应剂浓度 气流速度 衬底晶向
光刻技术的特点
单片机期末复习
指导老师：东哥 完成者：MZ
硅片制造厂的分区
Wafer Fabrication (front-end) 硅片制造（前端）
Wafer Start Unpatterned Wafer 无图形的硅 Thin Films 薄膜 Polish 抛光
Completed Wafer
Diffusion 扩散
ULSI对光刻有哪些基本要求
掩膜版
Байду номын сангаас
光刻
光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶 剂等混合而成的胶状液体 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化， 使光刻胶在某种特定液体中的溶解特性改变】 光刻过程的主要步骤：曝光、显影、刻蚀
氧化温度
硅表面晶向 硅中杂质
硅—二氧化硅界面特性
硅—二氧化硅界面电荷类型 可动离子电荷 界面陷阱电荷 氧化层固定电荷 氧化层陷阱电荷
杂质参杂
掺杂：将需要的杂质掺入特定的半导体区域中，以达到改变版胴 体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触 掺杂工艺：扩散、离子注入
扩散机构
扩散杂质的分布
刻蚀
刻蚀工艺分为：湿法刻蚀和干法刻蚀
湿法刻蚀和干法刻蚀的比较
干法刻蚀优缺点： 分辨率高 各向异性腐蚀能力强 均匀性、重复性好 便于连续自动操作 成本高，选择比一般 较低
湿法刻蚀的优缺点： 成本低廉
选择比高
各向同性
腐 蚀速率难以控 制
金属化：金属及金属性材料在集成电路技术中的应用
正负光刻胶的对比
工艺流程
ULSI对图形转移的要求
• 图形转移的保真度 • 选择比
– 在腐蚀的过程中，为了严格控制每一层腐蚀图形的转移精度，同时避免 其他各层材料的腐蚀,需要控制不同材料的腐蚀速率。两种不同材料在腐 蚀过程中被腐蚀的速率比
• 均匀性
– 使厚膜腐蚀尽，且薄处不过刻
• 刻蚀的清洁
– 引入的玷污会影响图形转移的精度，又增加了腐蚀后清洗的复杂性和难 度，故要防止玷污