半导体工艺原理复习资料

晶体生长技术（直拉法（CZ）、区熔法（FZ））。

半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。

N型半导体（电子型半导体），自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入五价元素（如磷），自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。P型半导体（空穴型半导体）即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入三价元素（如硼）。空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。难生长大直径硅晶棒。低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。

CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用。

CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。

影响因素：拉伸速率、旋转速率。

硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量

制备流程：整形处理，去掉两端，径向研磨。

硅片制作流程：

磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HNO3+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污）

晶体缺陷：点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）；位错；层错。

杂质的作用：调节硅原子的能级，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，导带，禁带，价带。如果所有的自由电子都在价带上就是绝缘体；如果所有的自由电子都在导带上就是导体。半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。

施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的；

受主能级要么距离价带很近（如硼），是接受电子的。

N 型硅： 掺入V 族元素--磷P 、砷As 、锑Sb P 型硅： 掺入 III 族元素—镓Ga 、硼B

掺杂：改变材料电学性质、制作PN 结、集成电路的电阻器、互联线的目的。 掺杂的主要形式：注入和扩散

退火：（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。 目的：1.激活杂质2.消除损伤3.结构释放后消除残余应力 退火方式：1.炉退火2.快速退火

缺点：清除缺陷不完全，注入杂质激活不高，退火温度高、时间长，导致杂质再分布。 快速退火优点：先熔化、再结晶、时间快，杂质束不及扩散 扩散：在一定温度下杂质原子具有一定能量，能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。

形式：替代式扩散和间隙式扩散

恒定表面浓度扩散和再分布扩散 F=—D

d

d x

N F 为掺入量 D 为扩散率 N 每单位体积中掺入浓度

扩散方式：气态源扩散、液态源扩散、固态源扩散

扩散源

扩散系统

扩散工艺

影响因素

硼B 硼酸三甲酯，硼酸三丙酯 N2气源、纯化、扩散源、扩散

炉

预沉积，去BSG ，再分布 气体流量、杂质

源、温度

磷P POCl3，PCl3，PBr3 O2和N2气源、纯化、扩散源、源冷却系统、扩散炉 预沉积，去PSG ，再分布

扩散工艺主要参数：1.结深：结距扩散表面的距离叫结深。2.薄层电阻3.表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。 .结深：

x

R j

s

ρ=

浓度：][),(2

1

)(20D t x erfc N t x N =（余误差）

费克第一定律：x

t x N D t x J ??-

=)

,(),(（扩散粒子流密度，D 粒子的扩散系数）

杂质扩散方程（费克第二定律）：2

2)

,(),(x t x N D t t x N ??=?? 费克定律的分析解：1.恒定表面浓度扩散，在整个过程中杂质不断进入硅中，而表面杂质浓

度s N 始终保持不变。余误差：][),(2

1

)(20D t x erfc N t x N =

D

t

特征扩散长度

2.结深：21

2

21

122)]2[ln(2t

D t D t D x B

s

j N N

π==t

D A

2

2

3.简单理论的修正：二维扩散（横向扩散）实际扩散区域大于由掩膜版决定的尺寸，此效应将直接影响到VLSI 的集成度

表面浓度的大小一般由扩散形式、扩散杂质源、扩散温度和时间所决定。

固态源扩散：1.箱法B扩散（B2O3或BN源，石英密封箱）2.片状BN扩散（氧气活化，氮气保护，石英管和石英舟，预沉积和再分布）3.片状P扩散（扩散源为偏磷酸铝和焦磷酸硅）4.固-固扩散（乳胶源扩散）

测结深：滚槽法、磨角法、断面SEM法

测薄层电阻：四探针法、范德堡法

杂质浓度分布的测量：电容法、扩展电阻法、剥层法、扫描电容显微法

污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子

污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具

参量控制：温度，时间，气体流量

离子注入：将掺杂剂通过离子注入机的离化、加速和质量分析，成为一束由所需杂质离子组成的高能离子流而投射入晶片（俗称靶）内部，并通过逐点扫描完成整块晶片的注入。

掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定

掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定

与热扩散工艺相比有如下优点：

（Ⅰ）可在较低的温度（低于750℃）下，将各种杂质掺入到不同半导体中，避免了由于高温处理而产生的不利影响。

（Ⅱ）可精确控制能量和剂量，从而精确控制掺入基片内杂质的浓度、分布和注入深度。对浅结器件的研制更为有利。

（Ⅲ）所掺杂质是通过质量分析器单一地分选出来后注入到半导体基片中去的，可避免混入其他杂质。

(Ⅳ）掺杂均匀性好，电阻率均匀性可达1%。

(Ⅴ）纯度高，不受所用化学品纯度影响。

（Ⅵ）有可能发展成为无掩模掺杂技术

特点：横向效应小，但结深浅；杂质量可控；晶格缺陷多

离子束用途：掺杂，曝光，刻蚀，镀膜，退火，净化，打孔，切割，改性

离子源分类：等离子体型（有掩膜）；液态金属（高亮度，小束斑）

等离子体：电导率很高的流体

电离方式：热，光，电场加速

基本原理：杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层

对液态金属要求：Ga In Au Sn

1.不与容器钨针反应

2.均匀，充分，浸润

3.低熔点，低气压 扩散、注入对比 扩散 注入 工艺温度： 高温 常温 浓度和分布控制：较精确 精确 横向扩散： 大 小 晶格损伤： 小 大 工艺自由度： 低 高 工艺成本： 低 高 钨针的作用：形成电压

离子束加工方式：1.掩膜（投影）2.聚焦方式（扫描、聚焦离子束） 聚焦方式的优点：不用掩膜、图形灵活 缺点：效率低 离子注入步骤：

避免沟道效应的措施：提高样品温度

注入损伤：与注入离子的剂量，能量，质量，靶材料等有关。

退火技术：消除注入损伤、实现电激活，分为热退火和快速退火。热退火（300-1200）

注入离子浓度：]2)(exp[2),(2

2R R R p

p p x Q

t x N ?--?=π R

p

离子注入范围，um

R

p

?

为分散度或离散度 Q 离子束的剂量（原子数/2

cm ） 分布函数：])2(2)(exp[)2()

2(),(2

2

2

12

2

1

0Dt x Dt t x N R R R

Q p p p

+?--+?=

π 离子注入优点：1.可控性好；2.可以获得任意的掺杂浓度分布；3.注入温度低

表面薄膜技术方式：氧化、淀积、外延、电镀 氧化：硅与氧化剂反应生成二氧化硅。

干氧：二氧化硅膜干燥致密，掩蔽能力强，与光刻胶粘附性好，但氧化速度慢。（常用） 湿氧：速度快，但二氧化硅疏松，与光刻胶粘附性不好，易脱落。 二氧化硅膜的五种用途：a 杂质扩散掩蔽膜b 器件表面保护或钝化膜c 电路隔离介质或绝缘介质d 电容介质材料e MOS 管的绝缘栅材料

二氧化硅膜的性质：1.二氧化硅膜的化学稳定性极高，不溶于水，除氢氟酸外，和别的酸不起作用。利用这一性质可作为优质的掩蔽膜

2. 二氧化硅膜的掩蔽性质B 、P 、As 等杂质在SiO2的扩散系数远小于在Si 中的扩散系数。Dsi > >Dsio2，SiO2 膜要有足够的厚度。一定的杂质扩散时间、扩散温度下，有一最小厚度

3. 二氧化硅膜的绝缘性质，热击穿、电击穿、混合击穿：a.最小击穿电场（非本征）－－针孔、裂缝、杂质。b.最大击穿电场（本征）－－厚度、导热、界面态电荷等；氧化层越薄、击穿电场越低。

4. 介电常数3～～4（3.9）

硅基底上氧化层的生成量：短时间氧化：X=B/A(t+τ)

长时间氧化：X=)(τ+t B X 为硅基上氧化层的厚度 A 和B 为常数

τ可通过下式求得： N

N

K

d d

D D y

1

20

2)

2(+=

τ D ：硅的氧化系数,Ks ：表面反应率常数,N0：

载体气体中氧分子的浓度,N1：氧化中氧化物的数目 对于线性斜率常数：b aT A

B

+=')log(

对于抛物线斜率常数：b aT B +=')ln( (T ′

=1000/T)

第四章 光刻

光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术 三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机

重要性：是唯一不可缺少的工艺步骤，是一个复杂的工艺流程

工艺过程：气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙①、显影②、坚膜烘焙、 显影检查（正胶：先②后①；负胶：先①后②） 目的：在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。

光刻胶要求：分辨高、对比度好、敏感度好、粘滞性好、粘附性好、抗蚀性好、颗粒小 光刻胶成分：树脂、感光剂、溶剂、添加剂 正胶：曝光部分溶解

负胶的粘附性和抗蚀性好，但分辨率低

涂胶工艺：目的：在硅片上沉积一层均匀的光刻胶薄膜

方式：滴胶、匀胶（500~700rpm ）、旋转（3000~5000） 要求：厚度1.0um ，均匀性3%以内 对准曝光：接触式，接近式，投影式 目的：达到图形精确转移

软烘目的：去除光刻胶中的溶剂，改善胶的粘附性，优化胶的光吸收特性和显影能力，缓解 涂胶时产生的应力，防止曝光时挥发污染设备。

软烘不当的后果温度过高时间过长：光刻胶光敏感度降低；相反刻胶显影选择比下降 曝光后烘培目的：促进关键化学反应，去除溶剂增强粘附性，防止产生驻波效应， 方法：热板，温度高于软烘

显影目的：溶解硅片上曝光区域的胶膜，形成精密的光刻胶图形。 方法：正胶显影液： 2.38% 的四甲基氢氧化铵（TMAH ） 特点：碱性、水性显影液、轻度腐蚀硅 显影后用去离子水洗，N2吹干

坚膜烘培目的：使存留在光刻胶中的溶剂彻底挥发，提高光刻胶的粘附性和抗蚀性。 稳固光刻胶，对下一步的刻蚀或离子注入过程非常重要。 方法：热板，温度高于前两次烘焙

显影检查常见问题：底部切入、底部站脚、顶部变圆、T 型顶、侧墙角、倒胶 数值孔径：

透镜焦长

透镜半径

*

sin n n m A N ≈=θ

分辨率：m

n k R θλ

sin *=

是光刻中的一个重要性能指标 k 工艺因子 λ光源波长

N

A

曝光系统的数值孔径

提高分辨率的方法：减小工艺因子k ：先进曝光技术；减小光源的波长：汞灯 准分子激光（等离子体）；增大介质折射率：浸入式曝光；增大θm ：增大透镜半径、减小焦距 焦深：2

2N A

λ

=

第五章 真空

真空的分类：人为真空，自然真空

真空区域的划分：粗真空：1×105～ 1×102 Pa 低真空： 1×102～ 1×10－1 Pa 。 高真空：1×10－1 ～ 1×10－6 Pa 超高真空：< 1×10－6 Pa 。 真空泵的分类：

哪些工艺或器件需要真空：薄膜建设、电镜

真空系统：真空泵、真空室、控制系统、真空计

参数：极限真空、抽气速率

真空的测量：

第六章刻蚀

刻蚀：通过物理和/或化学方法将下层材料中没有被上层掩蔽膜材料掩蔽的部分去掉，从而在下层材料上获得与掩蔽膜图形完全对应的图形。

腐蚀因子：腐蚀深度与横向腐蚀量之比

分类：干法等离子体腐蚀和湿法腐蚀；各向同性刻蚀与各向异性刻蚀

各向同性刻蚀：薄膜在各个方向上都受到同样的刻蚀

各向异性刻蚀：薄膜在各个方向上所受刻蚀不等

刻蚀工艺的品质因数：刻蚀速率、选择比、钻刻

各向异性度：A=0, 各向同性刻蚀；A=1, 理想的各向异性刻蚀；1>A>0 ，实际的各向异性刻蚀

湿法刻蚀干法刻蚀

定义利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达

到刻蚀目的。利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻蚀

优点设备简单，成本底，产量高，并且具有很好的刻蚀选择比，重复性好。各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。

缺点各相同性的，钻蚀严重，对图形的控制

性较差，安全性、洁净性差。

成本高，设备复杂。

湿法刻蚀

三个步骤：1）反应物扩散到被刻蚀的材料表面；

2）反应物与被刻蚀薄膜反应；

3）反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液被排出

影响干法刻蚀的因素：1.刻蚀气体的种类、流量及其配比2.射频功率3.温度4.负载效应

刻蚀速率：R = R0exp(-Ea/kT) R0是与刻蚀液浓度有关的常数；Ea是化学反应的激活能，

它与被刻蚀物种类、杂质含量有关。

速率控制方法：a. 刻蚀溶液的种类b. 溶液的浓度c. 反应温度d. 搅拌 干法刻蚀分类：物理性、化学性、物理化学性刻蚀。 离子轰击的作用：1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏；

2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉，使被刻蚀表面能再与刻蚀气体接触；

高密度低压等离子体(HDP)刻蚀机优点：刻蚀速度高；损伤小；选择比好；各向异性强； 缺点：高的离子流量容易对浮空结构（尤其是MOS 管中的栅）充电，可能会在栅绝缘中导

致过多的漏电。

物理性刻蚀

化学性刻蚀

物理化学性刻蚀 机理 利用辉光放电将惰性气体

解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，轰击被刻蚀物的表面，并将被刻蚀物材料的原子击出。

自由电子——射频电场作用下加速——碰撞电离出离子——二次电子——离子与电子复合——复合与电离平衡——辉光放电——产生自由基——自由基与被刻蚀材料反应——离子轰击被刻蚀材料——挥发物抽走。

物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的刻蚀。

设备 离子铣（真空度10-3～10-5 Torr ） 高压等离子体刻蚀机（真空

度102～10-1 Torr ） 反应离子刻蚀(RIE)(真空度10-1～10-2 Torr) 特点 1.纯粹的机械过程，对所有材料都可实现强的各向异性刻蚀 2选择性差

3. 刻出物易再淀积；

4.易对下面结构造成损伤；

5.单片刻蚀。 a. 主要依靠化学反应进行刻蚀，选择性好；

b. 离子的能量很小，各向异性差；

c. 对基底的损伤小；

d. 刻蚀速度低。

1.选择比较高；

2.各向异性较好;

3.刻蚀速度较快

湿法刻蚀

干法刻蚀 SiO2 SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O

Si 硝酸、氢氟酸与醋酸的混合液 CF4+Si------SiF4+C Si3N4 磷酸溶液

铝

磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液

去胶：(1)SiO2、氮化硅、多晶硅等衬底，可以用硫酸与过氧化氢的3：1的混合液去胶。 (2) Al 衬底用发烟硝酸去胶。 (3)等离子体去胶。

刻蚀机理：化学刻蚀与中性物种有关。 物理刻蚀与离子性物种有关。

物理化学刻蚀与上述二者的协同作用有关

第七章 薄膜技术

薄膜技术是制作元器件、电子回路、集成电路的基础。

主要淀积方式：化学气相淀积、物理气相淀积

化学气相淀积技术（CVD）：使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应（热解或化学合成），形成固态物质淀积在衬底上。相对的蒸发和溅射为物理气相淀积。

特点：温度低、均匀性好、通用性好、台阶覆盖性能好，适合大批量生产。

单晶(外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜

半导体、介质、金属薄膜

常压化学气相淀积（APCVD），低压CVD (LPCVD)，等离子体增强淀积（PECVD）等CVD反应必须满足三个挥发性标准：1.在淀积温度下,反应剂必须具备足够高的蒸汽压

2.除淀积物质外,反应产物必须是挥发性的

3.淀积物本身必须具有足够低的蒸气压

1.热分解反应

SiH4 (气) Si (固) + 2H2 (气)

2.还原反应

SiCl2(气) + 2H2 (气) Si (固) + 4HCl (气)

3.氧化反应-制备氧化物

SiH4(气) + O2(气) SiO2(固) + 2H2(气)

4.氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物

3SiH4(气) + 4NH3(气) Si3N4(固) + 12H2(气)

3TiCl4(气) + CH4(气) TiC(固) + 4HCl(气)

5.化合反应-化合物制备

Ga(CH3)2(气) + AsH3(气) GaAs(固) + 3CH4(气)

特点：温度低、均匀性好、通用性好、台阶覆盖性能好，适合大批量生产。

化学气相沉积的优点：可以准确控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比；可在复杂形状的基片上沉积成膜；由于许多反应可在大气压下进行，系统不需要昂贵的真空

设备；高沉积温度会大幅度改善晶体的完整性；可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料；沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。

缺点：化学反应需要高温；反应气体会与基片或设备发生化学反应；在化学气相沉积中所使 用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要控制。

CVD 工艺特点：（1）CVD 成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因此减轻了衬底片的热形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成; 设备简单，重复性好； （2）薄膜的成分精确可控、配比范围大；

（3）淀积速率一般高于PVD （物理气相淀积，如蒸发、溅射等）；厚度范围广，由几百埃至数毫米。且能大量生产；

（4）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。 LPCVD ：成本低，均匀性好，台阶覆盖好，片子干净 PECVD ：温度低，易于腐蚀，针孔密度小

系统：气体输入：正硅酸乙酯，硅烷和氨气，硅烷

激活能源：电阻加热（热壁），射频或紫外光 （冷壁） 气体排出：氮气或氩气保护 旋转装置：保证均匀性 CVD 工艺

压强/温度

通常的淀积速率10-10米/分 优点 缺点 应用

APCVD 100—10kPa

350~400℃ SiO2：700

简单、高速、 低温

覆盖度较差微粒污染

掺杂或非掺杂氧化物

LPCVD

1—8汞柱℃ 550~900℃

SiO2：50—180 Si3N4 ：30—

80 多晶硅：30—80 纯度高和均匀性高，晶片容量大

温度高 高淀积速率 掺杂或非掺杂氧化物、氮化

物、晶体硅、钨

PECVD

0.2—5汞柱 300~400℃

Si3N4： 300—350 较低的衬底温度 快、好的附着性

易受化学污染

在金属上和钝化物的低温绝缘体

电镀:通过电流在导电液中的流动而产生化学反应,最终在阴极上沉积某一物质的过程。

电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属或合金。

最常用的金属有14种: Al, As, Au, Cd, Co, Cu, Cr, Fe, Ni, Pb, Pt, Rh, Sn, Zn. 优点:生长速度快,基片形状可以是任意的. 缺点:生长过程难以控制.

化学镀:不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法。

阳极反应沉积法又称阳极氧化法是通过阳极反应来实现的氧化物的沉积。主要用于金属氧化 物涂层的制备.

LB 技术:利用分子活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层 三种LB 膜:X 型-基片下沉;Y 型-基片下沉和抽出;Z 型-基片抽出.

物理气相沉积: 通过物理的方法使源材料发射气相粒子然后沉积在基片表面的一种薄膜制 备技术.

根据源材料粒子发射的方式分类：真空蒸发，溅射，离子束和离子辅助，外延生长技术 真空蒸发沉积优点：薄膜具有简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特点，

缺点：是形成的薄膜与基片结合较差，工艺重复性不好。

步骤：1、蒸发源材料由凝聚相转变成气相；

2、在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运；

3、蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。

真空蒸发系统:真空室,蒸发源,基片

蒸发方法：电阻加热蒸发，闪烁蒸发法，电子束蒸发，激光蒸发，电弧蒸发，射频加热

溅射：在某一温度下,如果固体或液体受到适当的高能离子的轰击,那么固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸。

溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面使其中的原子发射出来。

优点：

1、对于任何待镀材料，只要能做成靶材，就可实现溅射；

2、溅射所获得的薄膜与基片结合较好；

3、溅射所获得的薄膜纯度高，致密性好；

4、溅射工艺可重复性好，膜厚可控制，同时可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜。

缺点：沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作用而产生温升。

溅射参数：溅射阈值，溅射率，溅射粒子的速度和能量

1.原子序数大的溅射原子逸出时能量较高，而原子序数小的溅射原子溅射逸出的速度较高。

2.在相同的轰击能量下，溅射原子逸出能量随入射离子的质量而线性增加。

3.溅射原子平均逸出能量随入射离子能量的增加而增大，担当入射离子能量达到某一较高值时，平均逸出能量趋于恒定。

溅射原理：(a)溅射出来的粒子角分布取决于入射粒子的方向；（b)从单晶靶溅射出来的粒子显示择优取向；(c)溅射率不仅取决于入射粒子的能量，也取决于其质量。（d)溅射出来的粒子的平均速率比热蒸发粒子的平均速率高的多。

溅射装置分类：1. 直流溅射: 靶材是良导体.

2. 射频溅射: 靶材可以是导体,半导体和绝缘体.

3. 磁控溅射: 通过磁场约束电子的运动以增强电子对工作气体的电离效率。

4.离子束溅射

离子束溅射：在离子束溅射沉积中，在离子源中产生的离子束通过引出电压被引入到真空室，直接达到靶上并将靶材原子溅射出来，最终沉积在附近的基片上。

优点：1.离子束窄能量分布使得溅射率可以作为离子能量的函数.

2.离子束可以精确聚焦和扫描.

3.离子束能量和电流的可控性.

缺点：溅射面太小导致沉积速率过低.

离子(束)辅助沉积:离子(束)参与蒸发或溅射粒子的输运和沉积过程的物理气相沉积.

离子(束)辅助沉积主要优点：1.所制备薄膜与基片结合好；2.沉积率高.

1.离子轰击导致基片表面杂质吸附的脱附和溅射.可以用于基片清洗.

2.离子轰击导致薄膜表层原子的混合,提高薄膜与基片的结合力.

3.离子轰击导致表面扩散的增强,提高生长面的均匀性.

离子与基片表面的相互作用:

1.离子轰击导致基片表面杂质吸附的脱附和溅射.可以用于基片清洗.

2.离子轰击导致薄膜表层原子的混合,提高薄膜与基片的结合力.

3.离子轰击导致表面扩散的增强,提高生长面的均匀性.

等离子体溅射特点：真空度要求低，淀积膜厚度容易控制，金属膜的纯度高。

高频溅射特点：（10MHz）不需要热阴极，能在较低的气压和电压下进行溅射，可以溅射

多种材料的绝缘介质膜。

磁控溅射特点：可溅射各种合金和难熔金属；衬底可不加热，从阴极表面发射的二次电子由于受到磁场的束缚而不再轰击硅片，避免了硅片的温升及器件特性的退化。

外延沉积：在单晶体基底生长同样单晶体材料的薄膜。

特点：1.由于系统是超高真空，因此杂质气体不易进入薄膜，薄膜的纯度高；

2.外延生长一般可在低温下进行；

3.可严格控制薄膜成分及掺杂浓度；

4.对薄膜进行原位检测分析，从而可以严格控制薄膜的生长及结构。

外延沉积技术：1.气相外延(VPE)2.分子束外延(MBE)3.金属有机物CVD(MOCVD)4.互补金属氧化物半导体(CMOS)外延

同质外延:生长外延层和衬底是同一种材料

异质外延:外延生长的薄膜材料和衬底材料不同，或者说生长化学组分、甚至是物理结构和衬底完全不同的外延层.

外延层中的缺陷有表面缺陷和内部晶格结构缺陷。表面缺陷：云雾状表面、角锥体、表面突起、划痕、星状体、麻坑等。体内缺陷：层错、位错

检测内容：镜检、晶格完好性、电阻率均匀性、掺杂浓度、分布是否满足要求

薄膜形成的基本过程：一.成核1.物理(化学)吸附产生表面吸附原子;

2.表面热运动产生吸附原子聚集;

3.表面扩散运动导致成核发生.

二.生长1.晶核的长大;2.晶核的合并;3.连续膜的形成.

薄膜表征：薄膜厚度控制及测量、组分表征、薄膜的结构表征、原子化学键合表征、薄膜应力表征

气相密度测量

平衡方法

沉积率和厚度监测仪振动石英方法

光学监测

光学膜厚度确定

膜厚度测量X射线干涉仪

探针法

X射线衍射(XRD)

低能电子衍射(LEED)

薄膜结构表征手段掠入射角XRD

透射电镜(TEM)中的选区电

子衍射(SAD)

电子能量损失谱(EELS)

扩展X射线吸收

原子化学键合表征手段红外吸收谱

拉曼散射谱

金属化：蒸发和溅射是制备金属结构层和电极的主要方法。是物理气相淀积的方法。

金属材料的要求：1.良好的导电性2.容易形成良好的欧姆接触3.与硅和二氧化硅粘附性好4.能用蒸发或溅射的方法形成薄膜5.易于光刻，实现图形化

常用金属材料：Al, Au, Ag, Pt, W, Mo, Cr, Ti

集成电路对金属化的要求：1.对P+或N+形成欧姆接触,硅/金属接触电阻越小越好，良好的导电性2.低阻互连线,引线电阻越小越好3.抗迁徙4.良好的附着性5.耐腐蚀6.易于淀积和光刻7.易键合8.层与层之间不扩散

蒸发：将制膜材料和被制膜基板在真空室中加热到相当高的温度，使之蒸发或升华形成金属蒸汽，在硅片表面淀积形成金属薄膜的工艺。

分类：电阻、高频、激光、电子束加热

电子束蒸发原理：利用经过高压加速并聚焦的电子束，在真空中直接打到源表面，将源蒸发并淀积到衬底表面形成薄膜。

设备：偏转电子枪真空镀膜机

优点：1.淀积的Al膜纯度高，钠离子玷污少2.台阶覆盖性能好3.采用红外线加热衬底，工作效率高

缺点：1.X射线破坏硅表面晶体2.压力大于102Pa时会引起放电。

蒸发溅射

沉积速度较快较慢（磁控除外）

膜的致密性很好更好

膜与基板结合力较差牢固

膜中含气量很少较多

膜材选择性各材蒸汽压相差大各材溅射率相差小

操作要求操作要求较高，工艺重复性差工艺重复性好，易实现自动化

合金化目的：使接触孔中的铝与硅之间形成低欧姆接触，并增加铝与二氧化硅之间的附着力，使互连线和压焊点牢固的固定在硅片上。

关键：合金温度和合金时间的控制。

清洗：除去器件制造过程中偶然引入的“表面玷污”杂质（来自加工过程或清洗），如颗粒、杂质膜、物理吸附或化学吸附等。清洗是一个必需的复杂的工艺过程。

清洗过程必须遵循固定的程序和顺序。

硅片的清洗：原始硅片、工艺环节前、甩胶前、去胶后等；

有机溶剂：去除有机杂质（油脂、蜡等），常用甲苯、丙酮、乙醇等；

无机酸：去除金属、金属离子和氧化物等，常用盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和王水等；

洗液：重铬酸钾与过量的浓硫酸混合液，是强氧化剂，去除金属及氧化物、油膜等；

I、II号液：以双氧水为基础。I号为碱性，II号为酸性。

一般清洗技术

净化：保证半导体工艺环境保持洁净

污染来源：环境中的尘埃、杂质、有害气体；工作人员、设备、工具、药品等带入的杂质。净化方式：空气过滤、洁净室、超净工作台。

键合、装配和封装步骤：释放、划片、分离、分选、粘片、检验、键合引线、检验、多芯片装配、检验、封装、终测

目的：形成最终结构，实现最终功能；对器件进行保护，防止冲击和腐蚀；便于安装和器件散热等。

酸烧伤救治：水、NaHCO3清洗，注射葡萄糖酸钙。

碱烧伤清洗：水、醋酸或硼酸清洗。

第八章工艺集成

工艺集成：运用各类单项工艺技术（外延、氧化、气相沉积、光刻、扩散、离子注入、刻蚀以及金属化等工艺）形成电路结构的制造过程。

工艺目的：形成薄膜：化学反应，PVD，CVD，旋涂，电镀；

光刻：实现图形的过渡转移；

刻蚀：最后图形的转移；

改变薄膜：注入，扩散，退火。

CMOS工艺：选择衬底、热氧化、Si3N4淀积、光刻胶成形、Si3N4和SiO2刻蚀、隔离浅槽刻蚀、除去光刻胶、SiO2淀积、化学机械抛光、除去Si3N4、

平面视图、光刻胶成形、磷离子注入、除去光刻胶、光刻胶成形、

硼离子注入、除去光刻胶、退火、平面视图、牺牲氧化层生长、

除去牺牲氧化层、栅氧化层生长、多晶硅淀积、光刻胶成形、多晶硅刻蚀、

除去光刻胶、平面视图、多晶硅氧化、光刻胶成形、NMOS管衔接注入、

除去光刻胶、光刻胶成形、PMOS管衔接注入、除去光刻胶、Si3N4淀积、

Si3N4刻蚀、光刻胶成形、NMOS管源/漏注入、除去光刻胶、光刻胶成形、

PMOS管源/漏注入、除去光刻胶和退火、平面视图、除去表面氧化物、Ti淀积、

TiSi2形成、Ti刻蚀、BPSG淀积、BPSG抛光、光刻胶成形、

接触孔刻蚀、除去光刻胶、TiN淀积、钨淀积、钨抛光、

平面视图、Metal1淀积、光刻胶成形、Metal1刻蚀、除去光刻胶、

平面视图、IMD淀积、IMD抛光、光刻胶成形、通孔刻蚀、

除去光刻胶、TiN和钨淀积、钨和TiN抛光、平面视图、Metal2淀积、

光刻胶成形、Metal2刻蚀、除去光刻胶、平面视图、钝化层淀积、

钝化层成形、平面视图、完成

微机电系统（MEMS）：用微机械加工技术制作的包括微传感器、微致动器、微能源等微

机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件与装置。MEMS中的核心元件一般包含两类：一个传感或致动元件和一个信号传输单元

MEMS与传统机械区别：微尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、加工方式