厚薄膜混合集成电路课件-3 薄膜工艺
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KI+I2 KI3+KI(过量) 3KI3+2Au 2KAuI4+KI 为了完全溶解碘，应使用过量的KI（过量2-6克）
※ 3.4.2 镍和镍铬膜的化学刻蚀
➢ 能与镍铬发生反应从而溶解镍铬但又不攻击金的刻蚀液是 由硫化铈、硝酸铵和硝酸的水溶液构成。刻蚀的机理通常包 含镍和铬被氧化成为可溶解的盐。这些刻蚀液对金没有作用。 为了去掉镍阻挡层而又不腐蚀金并把对阻挡层下的镍铬的腐 蚀速率降到最低程度，可使用三氯化铁溶液，浸泡时间必须 根据经验确定，以避免过量地去掉镍铬。 ➢刻蚀是一种半经验性的工艺，在每种情况下，最佳工艺条 件（曝光时间、温度、溶液浓度和搅拌速度）都必由试验建 立。一种工艺在生产线上实施之前，必须实行终点的视觉监 视并对阻值、导体线宽间距和厚度进行测量。
第三章 薄膜工艺
3.1 淀积工艺 3.2 薄膜电阻器工艺 3.3 光刻材料和工艺 3.4 刻蚀材料和工艺 3.5 薄膜微桥跨接电路
§ 3.1 淀积工艺
★ 在制造薄膜微电路时，基片材料选定后，下一步便是在基 片上淀积金属或金属化合物，这些金属材料将提供导体和 电阻器的图形和功能。一般情况，在基片上顺序地淀积一 层电阻材料，一层阻挡层金属材料和一层顶层导体材料。 这些层相当薄（20-2000nm），可用真空蒸发、溅射淀积 和化学气相淀积和这些工艺的变种来实现。
※ 3.1.2 直流（DC）溅射
直流溅射淀积速率从小于50Å/min到几千Å/min，与靶材性 质（原子间的结合力）、轰击气体离子的原子质量、离子 电流、气体压力和电极间距。淀积速率(G)正比于离子电流 (I)和溅射率(S)。 G=CIS
C为一个基于所用粒子溅射室特性的比例常数。 离子电流I可用增加功率或气体压力的方法来增加。 溅射率(S)是靶材和所用气体的函数。 直流（DC）溅射不足：限于导电性靶材（金属和金属合金），
※3.3.2 正性光刻胶的化学反应
➢重氮基团分解并释 放出氮气。一旦暴露 在紫外光下，形成的 化合物不能够再发生 耦合和成为不溶解的 染料。如图为正性光 刻胶的化学反应。 • 正性光刻胶 ■ 特点：正胶中的长链聚合物曝光后分解而变得可溶。
■ 优点：分辨率高，边缘整齐，陡直度好；
■ 缺点：粘附性和耐腐蚀性较差，成本高。
※ 3.4.3 干法刻蚀
不用化学刻蚀液溶解（湿法） 而去掉金属、介质或半导体薄 膜的方法，叫做干法刻蚀。
干法刻蚀比化学刻蚀有许多 优点，主要有： 1.能够产生小于0.1mil，可至微 米范围细线几何图形； 2.避免离子沾污，阻止化学刻蚀； 3.安全性高—不可能发生化学溶 液溢出，且能更好地控制毒性 材料。
§3.3 光刻材料和工艺
♦光刻胶是由溶解在一种或多种有 机溶剂中的光敏聚合物或初始聚合 物构成的有机合成物。由两种类型： 一种能在曝光时进一步聚合或交叉 链接形成加固的能抵抗刻蚀溶液的 覆盖物（负型），另一种能在曝光 时分解，断裂并被溶解（正型）。 一般使用的紫外光波长200-400nm 如右图所示为三氧化二铝陶瓷基片 上刻蚀金薄膜的步骤，使用负性光 刻胶和一个负图像的掩膜。制造的 图像与所用掩模板的图像相反。
图3.2 JS-1600直流溅射仪
※ 3.1.2 直流（DC）溅射
■ 真空中充入的氩气 在电场下产生气体放电 （等离子体） ■ 高能Ar+轰击靶材 （阴极），使其表面原 子剥离并淀积到对面阳 极（硅片）表面
阴极（靶） 氩等离子体 硅片 阳极 真空腔室
图3.3 直流溅射装置
直流溅射作为一种最简单的溅射，其装置由一个二极管或 平行板系统构成，如图3.3所示，被溅射的材料是附在阴极 板上的，而待涂覆的基片放在对面为阳极或接地的平板上。
★ 薄膜溅射明显地优于蒸发淀积，其优点如下： ➢ 溅射膜对基片有更强的附着力。 ➢ 溅射膜更致密、更均匀。 ➢ 溅射工艺更为通用。 ➢ 导体（金属、合金）或非导体（介质、绝缘体）膜都可以
淀积。 ➢ 溅射工艺也可以逆向模式使用，用于清洁基片表面或刻蚀
细线。 ➢ 淀积的速率、膜的厚度和膜的均匀性能更好地控制。
射频溅射装置除了增加13.56MHz 和1-2kW功率的RF发生器和冷却靶 的设施以外，RF溅射所用装置实质 上与DC溅射是相同的。被溅射的介 质材料用导电胶粘贴到金属背板上。
真空室
接地护罩 金属衬背 介质靶
基片 RF
发生器
氩气入口 到真空泵
图3.4 RF溅射装置示意图
RF溅射使靶材交替受到正 离子和电子的轰击，避免 电荷累积。
干法刻蚀的优点如下： 1.避免使用高度腐蚀性和有危险性的化学材料； 2.避免与化学溶液有关的处理和安全问题； 3.避免表面被化学和离子沾污； 4.刻蚀速率能更好的控制，具有更高的分辨率； 5.刻蚀是各向异性的，避免了钻孔。
※ 3.4.1金膜的化学刻蚀
➢ 在混合微电路制造中，化学刻蚀在有电阻膜存在 时能有选择性的去掉导电膜或阻挡层是很重要的。 王水是一种古老的溶解金的溶液，但是今天的薄膜 工艺中已不太常用。 ➢目前常用碘化钾(KI)/碘(I2)溶液来腐蚀金，通过加 入禁止剂（如二盐基磷酸铵或者二盐基磷酸钾/磷酸） 抑制甚至避免对镍铬和镍的刻蚀。刻蚀金的反应方 程式如下：
※ 3.4.3 干法刻蚀
干法刻蚀工艺基本上有两种（均使用气相等离子）： 溅射刻蚀（物理工艺）：溅射淀积的反向应用。要保护的区域采用机 械掩膜或光刻胶遮盖保护，再连接到阴极上作为靶材刻蚀。
优点：各向异性，垂直刻蚀速度快于侧向刻蚀。适合用很细线条 (<0.1mil)的制造。
不足：刻蚀无选择性，机械掩膜或光刻胶需要足够厚；刻蚀速度慢(几 Å/min) 反应离子刻蚀（物理-化学工艺）：化学反应气体（自由基、离子）与 待除去的表面反应，生成一种挥发性的气体化合物，并从此表面抽吸掉。 反应离子刻蚀是选择性的，优先于要去除的膜发生反应。刻蚀速度快(几 千Å/min)
发生变化。可采用瞬间蒸发法解决 • 蒸发速率有一定涨落，很难淀积出厚度均匀一致的膜层。
※ 3.1.2 直流（DC）溅射
溅射是一种电物理过程， 靶（作为阴极）被高能正 离子轰击，转变能量，进 行能量传递，将靶材的粒 子弹出。这种溅射的粒子 在阳极或接地的支架夹持 着的基片上淀积成薄膜。 如图3.2所示为2JS-1600直 流溅射仪。
薄膜导体/电阻网络淀积光刻的工艺流程
※ 3.2.2 镍铬电阻器的特性
★ 镍铬电阻器的特性如下表，薄膜电阻器的特性高度地取决 于在其上进行淀积的基片的表面特性，基片表面越光滑， 电阻值越稳定。然而，许多其他的因素对电阻稳定性也有 贡献，其中主要有退火、稳定性烘烤和调阻条件。
面电阻率 面电阻率公差 TCR
➢ 特点：大多数负胶通过曝光后的交联聚合而起作用，大的 树脂分子相互连接，变得不可溶。
➢ 优点：感光速度高，粘附性和耐腐蚀性强，工艺易于控制， 成本低。
➢ 缺点：易膨胀。显影时图形线宽展宽，烘烤后恢复，但线 条变形。膨胀时靠的很近的线条可能会连在一起。
※ 3.3.2正性光刻胶的化学反应
▲正光刻胶的化学反应是基于重氮盐或二迭氮化合物的 两种反应。 ➢在碱性条件下，重氮盐或二迭氮化物迅速地且几乎定 量地与一耦合剂（一种酚的化合物）发生反应，通过将 这两种成分配制在偏酸性的缓冲溶液中，能禁止或阻止 这种反应发生。显影液提供碱性引起发生耦合反应。
§3.3 光刻材料和工艺
使用正性或负性光刻胶时用正掩模还是负掩模， 有四种可能的组合如下图所示：
※3.3.1 负性光刻胶的化学反应
负性光刻胶基于有乙烯或双键的化合物，当紫外光得 到能量后，它分离成双游离基。这些自由基时不稳定的， 很快头尾相连，形成长链或交链聚合物，和原来未曝光 的有机涂层相比，此聚合物不溶解且具有化学抗蚀性。
※ 3.1.3 射频溅射
射频溅射优点：可用于在相当低的温度和压力下淀积几乎任 何介质，包括氧化硅、氮化硅、玻璃、氧化铝、难熔氧化物和一 些塑料，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
在这些塑料中，热塑性聚合物比热固性物质更适合溅射。 （热塑性聚合物在高能粒子轰击下某些链被切断，但淀积膜分子 结构与原始材料相同；热固性材料是高度地交叉连接的聚合物， 分解后以不同分子结构重新组合，与原始材料具有不同的电特性 和物理性能）
※3.3.3 工艺
※3.3.3 工艺
• 典型的光刻工艺流程
HMDS
光刻胶
紫外光 掩膜版
1) 气相成底膜
2) 旋转涂胶
3) 软烘
4) 对准和曝光
5) 曝光后烘焙
6) 显影
7) 坚膜烘焙
8) 显影检查
§ 3.4 刻蚀材料和工艺
薄膜的刻蚀方法分成“湿法”或“干法”两种类型。湿法 使用化学溶液，通常是水溶性的酸或碱；干法刻蚀包含用 反溅射、离子刻蚀或者通过气相化学反应去掉膜的分子。
§3.3 光刻材料和工艺
• 光刻：是指通过曝光和选择性化学腐蚀等工序将掩膜版上 的集成电路图形印制到硅片上的精密表面加工技术。
光源
光阑 快门 掩膜 光刻胶 硅片
源自文库
像纸上的感光材料 光刻胶 胶卷（底片） 掩膜版 曝光系统（印像机） 光刻机 暗室（小红灯） 光刻间（黄灯） 显影液 定影液
一个简单的光刻曝光系统示意图
图3.1 真空蒸发台示意图
※3.1.1 蒸发淀积
• 蒸发工艺是最早出现的金属淀积工艺。
真空度一般要求
高于10-5Torr。
（Torr托，真空
压强单位）
• 电阻加热法：把金属放在绕有电阻丝的小舟里，电阻丝通 电流加热，使金属蒸发。广泛使用。问题：
• 熔化金属易于小舟材料形成合金，沾污装载材料 • 难熔金属不能用电阻加热方法淀积 • 金属合金由于蒸发压力不同，会出现分馏，淀积膜的组分与性能
TCR跟踪* 电阻漂移
比值跟踪 在退火后和激光调阻后的阻值公差 噪音（100Hz~1MHz）
25~300Ω/□，100~200Ω/□（典型值） 标称值的10% （0±50）ppm/℃,(0±25)ppm/℃（专门 退火）
2ppm <2000ppm，在150℃下1000h后 <1000ppm，用专门方法退火 <200ppm，350℃退火的溅射膜
※ 3.2.1 镍铬工艺
镍铬、氮化钽或是金属陶瓷电 阻器其工艺步骤时十分相似。
✓在同一次抽真空过程中，在 陶瓷基片上相继淀积薄层电阻 材料、阻挡层金属和顶层导体 金属层，形成电阻/导体夹心 结构；
✓通过精密光刻技术形成导线 和间隔图案、薄膜电阻器
★ 薄膜电阻所用的镍铬是镍和 铬的合金。可以使用这两种 金属的各种配比来获得不同 的面电阻数值。（瞬间蒸发、 溅射）
不能用于淀积氧化物或绝缘介质类的无机材料（正电荷累 积阻止辉光放电的建立与维持）。
※ 3.1.3 射频溅射
射频溅射比直流溅射有更多的功
匹配网络
能。除了金属和合金以外，它可用于
在相当低的温度和压力下淀积几乎任 何介质材料，包括氧化硅、氮化硅、 玻璃、氧化铝、难溶氧化物和一些塑 料如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
§3.2 薄膜电阻器工艺
※ 薄膜电阻器
▲ 在选择薄膜电阻器时，几个重要的问题需要考虑： ► 在实际的厚度范围，具有可控制的及能重复得到的面 电阻率 ► 低的TCR ► 紧密的阻值跟踪 ► 长期的稳定性（在加电或热老化时有低的漂移）
薄膜电阻器可分类成纯金属、金属合金、金属化合物或 金属陶瓷（陶瓷和金属的组合）。 薄膜混合电路中电阻材料：镍铬、氮化钽和铬硅氧化物 金属陶瓷。
※3.1.4 反应溅射
反应溅射是溅射的另一个变种。这里，反应气体 随着惰性气体氩被引入形成等离子。因为反应气体是 活泼的，与从靶处被溅射出来的原子进行化学结合， 组成一种新的化合物。所以，反应溅射是一种组合的 物理、电气和化学反应过程。氮化钽的反应溅射是淀 积薄膜电阻最常用的两种工艺之一。
※ 3.1.5 蒸发和溅射工艺的比较
§ 3.1 淀积工艺
• 薄膜淀积工艺是IC制造中的重要组成部分：在硅表面以上
的器件结构层绝大部分是由淀积工艺形成的。
第2层金属 通孔
第1层金属 接触孔
金属层间 绝缘介质
多晶-金属 绝缘介质
场氧化层
漏极
N阱 源极
CMOS FET P型衬底 多晶硅栅 栅氧化层
※3.1.1 蒸发淀积
★ 蒸发淀积包括在相当高的真空 中加热一种材料，以至于它的 蒸发压力超过周围环境的压力， 使它能很快的蒸发。被涂覆的 基片放在真空室中源材料的邻 近，如图3.1所示。当蒸气接 触到基片上较冷的表面时，通 过晶核形成的机理使蒸气浓缩， 且在基片上各颗粒边界处成长 出膜层。
※ 3.4.2 镍和镍铬膜的化学刻蚀
➢ 能与镍铬发生反应从而溶解镍铬但又不攻击金的刻蚀液是 由硫化铈、硝酸铵和硝酸的水溶液构成。刻蚀的机理通常包 含镍和铬被氧化成为可溶解的盐。这些刻蚀液对金没有作用。 为了去掉镍阻挡层而又不腐蚀金并把对阻挡层下的镍铬的腐 蚀速率降到最低程度，可使用三氯化铁溶液，浸泡时间必须 根据经验确定，以避免过量地去掉镍铬。 ➢刻蚀是一种半经验性的工艺，在每种情况下，最佳工艺条 件（曝光时间、温度、溶液浓度和搅拌速度）都必由试验建 立。一种工艺在生产线上实施之前，必须实行终点的视觉监 视并对阻值、导体线宽间距和厚度进行测量。
第三章 薄膜工艺
3.1 淀积工艺 3.2 薄膜电阻器工艺 3.3 光刻材料和工艺 3.4 刻蚀材料和工艺 3.5 薄膜微桥跨接电路
§ 3.1 淀积工艺
★ 在制造薄膜微电路时，基片材料选定后，下一步便是在基 片上淀积金属或金属化合物，这些金属材料将提供导体和 电阻器的图形和功能。一般情况，在基片上顺序地淀积一 层电阻材料，一层阻挡层金属材料和一层顶层导体材料。 这些层相当薄（20-2000nm），可用真空蒸发、溅射淀积 和化学气相淀积和这些工艺的变种来实现。
※ 3.1.2 直流（DC）溅射
直流溅射淀积速率从小于50Å/min到几千Å/min，与靶材性 质（原子间的结合力）、轰击气体离子的原子质量、离子 电流、气体压力和电极间距。淀积速率(G)正比于离子电流 (I)和溅射率(S)。 G=CIS
C为一个基于所用粒子溅射室特性的比例常数。 离子电流I可用增加功率或气体压力的方法来增加。 溅射率(S)是靶材和所用气体的函数。 直流（DC）溅射不足：限于导电性靶材（金属和金属合金），
※3.3.2 正性光刻胶的化学反应
➢重氮基团分解并释 放出氮气。一旦暴露 在紫外光下，形成的 化合物不能够再发生 耦合和成为不溶解的 染料。如图为正性光 刻胶的化学反应。 • 正性光刻胶 ■ 特点：正胶中的长链聚合物曝光后分解而变得可溶。
■ 优点：分辨率高，边缘整齐，陡直度好；
■ 缺点：粘附性和耐腐蚀性较差，成本高。
※ 3.4.3 干法刻蚀
不用化学刻蚀液溶解（湿法） 而去掉金属、介质或半导体薄 膜的方法，叫做干法刻蚀。
干法刻蚀比化学刻蚀有许多 优点，主要有： 1.能够产生小于0.1mil，可至微 米范围细线几何图形； 2.避免离子沾污，阻止化学刻蚀； 3.安全性高—不可能发生化学溶 液溢出，且能更好地控制毒性 材料。
§3.3 光刻材料和工艺
♦光刻胶是由溶解在一种或多种有 机溶剂中的光敏聚合物或初始聚合 物构成的有机合成物。由两种类型： 一种能在曝光时进一步聚合或交叉 链接形成加固的能抵抗刻蚀溶液的 覆盖物（负型），另一种能在曝光 时分解，断裂并被溶解（正型）。 一般使用的紫外光波长200-400nm 如右图所示为三氧化二铝陶瓷基片 上刻蚀金薄膜的步骤，使用负性光 刻胶和一个负图像的掩膜。制造的 图像与所用掩模板的图像相反。
图3.2 JS-1600直流溅射仪
※ 3.1.2 直流（DC）溅射
■ 真空中充入的氩气 在电场下产生气体放电 （等离子体） ■ 高能Ar+轰击靶材 （阴极），使其表面原 子剥离并淀积到对面阳 极（硅片）表面
阴极（靶） 氩等离子体 硅片 阳极 真空腔室
图3.3 直流溅射装置
直流溅射作为一种最简单的溅射，其装置由一个二极管或 平行板系统构成，如图3.3所示，被溅射的材料是附在阴极 板上的，而待涂覆的基片放在对面为阳极或接地的平板上。
★ 薄膜溅射明显地优于蒸发淀积，其优点如下： ➢ 溅射膜对基片有更强的附着力。 ➢ 溅射膜更致密、更均匀。 ➢ 溅射工艺更为通用。 ➢ 导体（金属、合金）或非导体（介质、绝缘体）膜都可以
淀积。 ➢ 溅射工艺也可以逆向模式使用，用于清洁基片表面或刻蚀
细线。 ➢ 淀积的速率、膜的厚度和膜的均匀性能更好地控制。
射频溅射装置除了增加13.56MHz 和1-2kW功率的RF发生器和冷却靶 的设施以外，RF溅射所用装置实质 上与DC溅射是相同的。被溅射的介 质材料用导电胶粘贴到金属背板上。
真空室
接地护罩 金属衬背 介质靶
基片 RF
发生器
氩气入口 到真空泵
图3.4 RF溅射装置示意图
RF溅射使靶材交替受到正 离子和电子的轰击，避免 电荷累积。
干法刻蚀的优点如下： 1.避免使用高度腐蚀性和有危险性的化学材料； 2.避免与化学溶液有关的处理和安全问题； 3.避免表面被化学和离子沾污； 4.刻蚀速率能更好的控制，具有更高的分辨率； 5.刻蚀是各向异性的，避免了钻孔。
※ 3.4.1金膜的化学刻蚀
➢ 在混合微电路制造中，化学刻蚀在有电阻膜存在 时能有选择性的去掉导电膜或阻挡层是很重要的。 王水是一种古老的溶解金的溶液，但是今天的薄膜 工艺中已不太常用。 ➢目前常用碘化钾(KI)/碘(I2)溶液来腐蚀金，通过加 入禁止剂（如二盐基磷酸铵或者二盐基磷酸钾/磷酸） 抑制甚至避免对镍铬和镍的刻蚀。刻蚀金的反应方 程式如下：
※ 3.4.3 干法刻蚀
干法刻蚀工艺基本上有两种（均使用气相等离子）： 溅射刻蚀（物理工艺）：溅射淀积的反向应用。要保护的区域采用机 械掩膜或光刻胶遮盖保护，再连接到阴极上作为靶材刻蚀。
优点：各向异性，垂直刻蚀速度快于侧向刻蚀。适合用很细线条 (<0.1mil)的制造。
不足：刻蚀无选择性，机械掩膜或光刻胶需要足够厚；刻蚀速度慢(几 Å/min) 反应离子刻蚀（物理-化学工艺）：化学反应气体（自由基、离子）与 待除去的表面反应，生成一种挥发性的气体化合物，并从此表面抽吸掉。 反应离子刻蚀是选择性的，优先于要去除的膜发生反应。刻蚀速度快(几 千Å/min)
发生变化。可采用瞬间蒸发法解决 • 蒸发速率有一定涨落，很难淀积出厚度均匀一致的膜层。
※ 3.1.2 直流（DC）溅射
溅射是一种电物理过程， 靶（作为阴极）被高能正 离子轰击，转变能量，进 行能量传递，将靶材的粒 子弹出。这种溅射的粒子 在阳极或接地的支架夹持 着的基片上淀积成薄膜。 如图3.2所示为2JS-1600直 流溅射仪。
薄膜导体/电阻网络淀积光刻的工艺流程
※ 3.2.2 镍铬电阻器的特性
★ 镍铬电阻器的特性如下表，薄膜电阻器的特性高度地取决 于在其上进行淀积的基片的表面特性，基片表面越光滑， 电阻值越稳定。然而，许多其他的因素对电阻稳定性也有 贡献，其中主要有退火、稳定性烘烤和调阻条件。
面电阻率 面电阻率公差 TCR
➢ 特点：大多数负胶通过曝光后的交联聚合而起作用，大的 树脂分子相互连接，变得不可溶。
➢ 优点：感光速度高，粘附性和耐腐蚀性强，工艺易于控制， 成本低。
➢ 缺点：易膨胀。显影时图形线宽展宽，烘烤后恢复，但线 条变形。膨胀时靠的很近的线条可能会连在一起。
※ 3.3.2正性光刻胶的化学反应
▲正光刻胶的化学反应是基于重氮盐或二迭氮化合物的 两种反应。 ➢在碱性条件下，重氮盐或二迭氮化物迅速地且几乎定 量地与一耦合剂（一种酚的化合物）发生反应，通过将 这两种成分配制在偏酸性的缓冲溶液中，能禁止或阻止 这种反应发生。显影液提供碱性引起发生耦合反应。
§3.3 光刻材料和工艺
使用正性或负性光刻胶时用正掩模还是负掩模， 有四种可能的组合如下图所示：
※3.3.1 负性光刻胶的化学反应
负性光刻胶基于有乙烯或双键的化合物，当紫外光得 到能量后，它分离成双游离基。这些自由基时不稳定的， 很快头尾相连，形成长链或交链聚合物，和原来未曝光 的有机涂层相比，此聚合物不溶解且具有化学抗蚀性。
※ 3.1.3 射频溅射
射频溅射优点：可用于在相当低的温度和压力下淀积几乎任 何介质，包括氧化硅、氮化硅、玻璃、氧化铝、难熔氧化物和一 些塑料，如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
在这些塑料中，热塑性聚合物比热固性物质更适合溅射。 （热塑性聚合物在高能粒子轰击下某些链被切断，但淀积膜分子 结构与原始材料相同；热固性材料是高度地交叉连接的聚合物， 分解后以不同分子结构重新组合，与原始材料具有不同的电特性 和物理性能）
※3.3.3 工艺
※3.3.3 工艺
• 典型的光刻工艺流程
HMDS
光刻胶
紫外光 掩膜版
1) 气相成底膜
2) 旋转涂胶
3) 软烘
4) 对准和曝光
5) 曝光后烘焙
6) 显影
7) 坚膜烘焙
8) 显影检查
§ 3.4 刻蚀材料和工艺
薄膜的刻蚀方法分成“湿法”或“干法”两种类型。湿法 使用化学溶液，通常是水溶性的酸或碱；干法刻蚀包含用 反溅射、离子刻蚀或者通过气相化学反应去掉膜的分子。
§3.3 光刻材料和工艺
• 光刻：是指通过曝光和选择性化学腐蚀等工序将掩膜版上 的集成电路图形印制到硅片上的精密表面加工技术。
光源
光阑 快门 掩膜 光刻胶 硅片
源自文库
像纸上的感光材料 光刻胶 胶卷（底片） 掩膜版 曝光系统（印像机） 光刻机 暗室（小红灯） 光刻间（黄灯） 显影液 定影液
一个简单的光刻曝光系统示意图
图3.1 真空蒸发台示意图
※3.1.1 蒸发淀积
• 蒸发工艺是最早出现的金属淀积工艺。
真空度一般要求
高于10-5Torr。
（Torr托，真空
压强单位）
• 电阻加热法：把金属放在绕有电阻丝的小舟里，电阻丝通 电流加热，使金属蒸发。广泛使用。问题：
• 熔化金属易于小舟材料形成合金，沾污装载材料 • 难熔金属不能用电阻加热方法淀积 • 金属合金由于蒸发压力不同，会出现分馏，淀积膜的组分与性能
TCR跟踪* 电阻漂移
比值跟踪 在退火后和激光调阻后的阻值公差 噪音（100Hz~1MHz）
25~300Ω/□，100~200Ω/□（典型值） 标称值的10% （0±50）ppm/℃,(0±25)ppm/℃（专门 退火）
2ppm <2000ppm，在150℃下1000h后 <1000ppm，用专门方法退火 <200ppm，350℃退火的溅射膜
※ 3.2.1 镍铬工艺
镍铬、氮化钽或是金属陶瓷电 阻器其工艺步骤时十分相似。
✓在同一次抽真空过程中，在 陶瓷基片上相继淀积薄层电阻 材料、阻挡层金属和顶层导体 金属层，形成电阻/导体夹心 结构；
✓通过精密光刻技术形成导线 和间隔图案、薄膜电阻器
★ 薄膜电阻所用的镍铬是镍和 铬的合金。可以使用这两种 金属的各种配比来获得不同 的面电阻数值。（瞬间蒸发、 溅射）
不能用于淀积氧化物或绝缘介质类的无机材料（正电荷累 积阻止辉光放电的建立与维持）。
※ 3.1.3 射频溅射
射频溅射比直流溅射有更多的功
匹配网络
能。除了金属和合金以外，它可用于
在相当低的温度和压力下淀积几乎任 何介质材料，包括氧化硅、氮化硅、 玻璃、氧化铝、难溶氧化物和一些塑 料如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
§3.2 薄膜电阻器工艺
※ 薄膜电阻器
▲ 在选择薄膜电阻器时，几个重要的问题需要考虑： ► 在实际的厚度范围，具有可控制的及能重复得到的面 电阻率 ► 低的TCR ► 紧密的阻值跟踪 ► 长期的稳定性（在加电或热老化时有低的漂移）
薄膜电阻器可分类成纯金属、金属合金、金属化合物或 金属陶瓷（陶瓷和金属的组合）。 薄膜混合电路中电阻材料：镍铬、氮化钽和铬硅氧化物 金属陶瓷。
※3.1.4 反应溅射
反应溅射是溅射的另一个变种。这里，反应气体 随着惰性气体氩被引入形成等离子。因为反应气体是 活泼的，与从靶处被溅射出来的原子进行化学结合， 组成一种新的化合物。所以，反应溅射是一种组合的 物理、电气和化学反应过程。氮化钽的反应溅射是淀 积薄膜电阻最常用的两种工艺之一。
※ 3.1.5 蒸发和溅射工艺的比较
§ 3.1 淀积工艺
• 薄膜淀积工艺是IC制造中的重要组成部分：在硅表面以上
的器件结构层绝大部分是由淀积工艺形成的。
第2层金属 通孔
第1层金属 接触孔
金属层间 绝缘介质
多晶-金属 绝缘介质
场氧化层
漏极
N阱 源极
CMOS FET P型衬底 多晶硅栅 栅氧化层
※3.1.1 蒸发淀积
★ 蒸发淀积包括在相当高的真空 中加热一种材料，以至于它的 蒸发压力超过周围环境的压力， 使它能很快的蒸发。被涂覆的 基片放在真空室中源材料的邻 近，如图3.1所示。当蒸气接 触到基片上较冷的表面时，通 过晶核形成的机理使蒸气浓缩， 且在基片上各颗粒边界处成长 出膜层。