【正文】 ） ? 擴(kuò)散區(qū)： 進(jìn)行高溫工藝及薄膜沉積的區(qū)域。主要設(shè)備包括高溫?cái)U(kuò)散爐和濕法清洗設(shè)備。完成包括氧化、擴(kuò)散、沉積、退火等工藝。 集成電路工藝概況（ 3） ? 光刻（ Photolithography） 將電路圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋于硅片表面的光刻膠上。 ? 光刻膠（ Photoresist） 一種光敏的化學(xué)物質(zhì)，它通過深紫外線曝光來印制掩膜版的圖像。光刻膠只對(duì)特定波長(zhǎng)的光線敏感 。 集成電路工藝概況（ 4） ? 刻蝕 （ Etching） 在硅片上沒有 mask保護(hù)的地方留下永久的圖形?？涛g工具分為等離子體刻蝕機(jī)、等離子體去膠機(jī)和濕法清洗設(shè)備。 ? 等離子體刻蝕機(jī) 采用射頻 （ RF） 能量在真空腔中離化氣體分子的一種工具。 集成電路工藝概況（ 5） ? 離子注入 將帶有要摻雜的雜質(zhì)氣體（如 As， P， B）在注入機(jī)中離化，采用高電壓和磁場(chǎng)來控制并加速離子。 集成電路工藝概況（ 6） ? 薄膜生長(zhǎng) （ Thin film deposition） 薄膜區(qū)主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)各個(gè)步驟當(dāng)中的介質(zhì)層和金屬層的沉積。薄膜生長(zhǎng)中所需溫度低于擴(kuò)散區(qū)中的設(shè)備的工作溫度 ? 設(shè)備 CVD,PVD,SOG,RTP和濕法清洗設(shè)備 氧化（ 1） ?氧化物掩膜技術(shù) 是一種在熱生長(zhǎng)的氧化層上通過刻印圖形和刻蝕達(dá)到對(duì)硅襯底進(jìn)行摻雜的工藝技術(shù)。 ?硅片上的氧化物可以通過熱生長(zhǎng)或沉積的方法產(chǎn)生。 ?熱生長(zhǎng)氧化硅 （ Thermal oxide）的產(chǎn)生于 7501100℃. ?氧化膜的用途 ? 保護(hù)器件免劃傷和隔離沾污 ? 限制帶電載流子場(chǎng)區(qū)隔離（表面鈍化） ? 柵氧或儲(chǔ)存器單元結(jié)構(gòu)中的介質(zhì)材料 ? 摻雜中的注入掩蔽 ? 金屬導(dǎo)電層間的介質(zhì)層 氧化（ 2） 半導(dǎo)體應(yīng)用 典型的氧化物厚度 197。 柵氧（ ） 2060 電容器的電介質(zhì) 5100 摻雜掩蔽的氧化物 4001200 STI隔離氧化物 150 LOCOS墊氧 200500 場(chǎng)氧 250015000 ? 干氧生長(zhǎng)法 Si(s) + O2(g) SiO2(s) 氧化（ 3） ?濕氧氧化 Si(s) + 2H2O(水汽 ) SiO2(s) + 2H2(g) ?反應(yīng)速率快 ?氧化層密度小 氧化（ 4） ? 氧化生長(zhǎng)模式 ? 干氧或濕氧工藝都要消耗硅，硅消耗占氧化物總厚度的. ? 在 SiSiO2的界面處，通過氧化物的氧化運(yùn)動(dòng)控制并限制氧化層的生長(zhǎng)。氧化物生長(zhǎng)發(fā)生在氧分子通過已生成的SiO2層運(yùn)動(dòng)進(jìn)入硅片的過程，這種運(yùn)動(dòng)稱為 擴(kuò)散 。 。 氧化（ 5） ? 氧化物生長(zhǎng)速率 ? 影響參數(shù)：溫度、壓力、氧化方式、摻雜水平和硅的晶向 ? 生長(zhǎng)速率越快，熱預(yù)算越少 氧化（ 6） ? 氧化物生長(zhǎng)模型（ Deal， Grove） ?氧化物有 2個(gè)生成階段： 線性階段 : 反應(yīng)速率控制 （ 0150197。） 拋物線階段 : 氧擴(kuò)散速率控制 ? 初級(jí)線性階段 X=(B/A)t ? 氧化生長(zhǎng)階段 X=(Bt)1/2 氧化（ 7） ? 選擇性氧化 (LOCOS)和淺槽隔離 (STI) 淀積（ 1） ? VLSI生產(chǎn)是一個(gè)平面加工的過程，通過淀積工藝完成在硅片表面生長(zhǎng)各種導(dǎo)電薄膜層和絕緣薄膜層。 淀積（ 2） ? 多層金屬化指用來連接硅片上高密度堆積器件的那些金屬層和絕緣介質(zhì)層。金屬層通過在絕緣層上開的通孔來連接。 ? 金屬層 材料 (Al過渡到 Cu)； 關(guān)鍵層與非關(guān)鍵層； ? 介質(zhì)層 (Interlayer dielectric, ILD) ILD充當(dāng) 2層導(dǎo)電金屬或相鄰金屬線條之間的隔離膜。通常采用介電常數(shù) 的 SiO2 淀積（ 3） ? 薄膜的定義 指一種在襯底上生長(zhǎng)的薄的層狀固體物質(zhì)。薄膜厚度的單位用埃（ 197。）。半導(dǎo)體制造中，這層膜可以是導(dǎo)體、絕緣體或者半導(dǎo)體。譬如， SiO2， Si3N4，PolySi和金屬。 ? 薄膜特性 ? 好的臺(tái)階覆蓋能力 ? 填充高的深寬比間隙的能力 ? 好的厚度均勻性 ? 高純度和高密度 ? 高度的結(jié)構(gòu)完整性和低的膜應(yīng)力 ? 對(duì)襯底材料或下層好的粘附性 淀積（ 4） ? 薄膜生長(zhǎng) 晶核形成 聚集成束 形成連續(xù)膜 淀積（ 5） ?膜淀積技術(shù) 膜淀積方法可分為化學(xué)工藝和物理工藝。 ?化學(xué)氣相淀積（ Chemical Vapor Deposition， CVD） 通過氣體混合的化學(xué)反應(yīng)在硅片表面淀積一層固體膜的工藝。 ?CVD的基本方面包括 ① 產(chǎn)生化學(xué)變化，這可以通過化學(xué)反應(yīng)或高溫分解 ② 膜中所有的材料物質(zhì)都源于外部的源 ③ 化學(xué)氣相淀積工藝中的反應(yīng)物必須以氣相形式參與反應(yīng) 淀積（ 6） ?CVD反應(yīng)步驟： (1)氣體傳輸至淀積區(qū)域；（ 2）膜先驅(qū)物的形成；（ 3）膜先驅(qū)物附著在硅片表面；（ 4）膜先驅(qū)物粘附；（ 5）膜先驅(qū)物擴(kuò)散；（ 6）表面反應(yīng)；（ 7）副產(chǎn)物從表面移除；（ 8）副產(chǎn)物從反應(yīng)腔移除 淀積（ 7） ? CVD的分類 常壓 CVD 減壓 CVD 低壓 CVD（ LPCVD） 等離子體輔助減壓 CVD CVD （ 1） （ 2） 熱壁和冷壁 淀積（ 8） ?大氣壓化學(xué)氣相沉積 (Atmospheric Pressure CVD,縮寫 APCVD) ?優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) （ a）設(shè)備產(chǎn)量高、均勻性優(yōu)、能制造大直徑硅片； （ b）氣體消耗高、需經(jīng)常清潔反應(yīng)腔和傳送帶，薄膜臺(tái)階覆蓋能力差、間隙填充能力差 淀積（ 9） ?低壓化學(xué)氣相沉積 』 (Low Pressure CVD，縮寫 LPCVD)系統(tǒng) ?LPCVD優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)成本低、產(chǎn)量高、膜性能更好、臺(tái)階覆蓋能力和溝槽填充能力優(yōu)； 淀積（ 10） ? 等離子體增強(qiáng) CVD（ PECVD） ? 優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn) （ 1）低溫制程、高沉積速率、臺(tái)階覆蓋性好 （ 2）化學(xué)污染 1）更低的工藝溫度 2）更優(yōu)的間隙填充能力 3）淀積的膜對(duì)硅片有優(yōu)良的粘附能力 4）高的淀積速率 5）少的針孔和空洞，因而有高的膜密度 6）工藝溫度低，應(yīng)用范圍廣 淀積（ 11） ? 旋涂 （ 1）旋涂玻璃（ SOG）通常有 2種類型：有機(jī)物（基于硅氧烷）和無機(jī)物（基于硅酸鹽） （ 2）旋涂絕緣介質(zhì)（ SOD） 以 HSQ為例的低 K絕緣介質(zhì)膜（ 350475℃ ） 金屬化（ 1） ? 金屬化（ Metallization） 芯片制造過程中在絕緣介質(zhì)薄膜上淀積金屬薄膜以及隨后刻印圖形以便行程互連金屬線和集成電路的孔填充塞的過程。 ? 互連電阻和寄生電容問題 ? 互連詞匯 互連（ Interconnect） 接觸（ contact） 通孔（ via） 層間介質(zhì)（ ILD） 金屬化（ 2） ? 傳統(tǒng)金屬化與雙大馬士革法工藝（ Dual Damascene） 基于 Al為金屬導(dǎo)電材料 基于 Cu為金屬導(dǎo)電材料 Cu金屬化 金屬化（ 3） ?金屬材料的要求 ? 導(dǎo)電率 ? 粘附性 ? 淀積 ? 平坦化 /刻印圖形 ? 可靠性 ? 抗腐蝕性 ? 應(yīng)力 ?集成電路制造業(yè)中所選擇的金屬 PolySi, Al, Cu, W, Ti, Ta, Mo, Pt 金屬化（ 4） ? 鋁（ Aluminum, Al） 低電阻率 (),耐腐蝕，在 Si和 SiO2中擴(kuò)散率低，價(jià)格相對(duì) Au和 Ag便宜， Al2O3可以促進(jìn) SiO2和 Al之間的附著。 Al能夠輕易淀積在硅片上，濕法刻蝕而不影響下層薄膜。 金屬化（ 5） ? 歐姆接觸 為了在鋁和硅之間形成接觸 ， 加熱界面是必須的 .這一過程在 450500℃ 進(jìn)行 。這個(gè) 加熱烘烤過程也被稱為低溫退火或燒結(jié) 。 在硅上加熱烘烤鋁形成期望的電接觸界面 ， 被稱為 歐姆接觸 。 ? 電遷移 結(jié)穿通 金屬化（ 6） ? 銅（ Copper， Cu） ? 電阻率的減小 ? 減少功耗 ? 更高的集成密度 ? 良好的抗電遷移性能 ? 更少的工藝步驟 特性 /工藝 鋁 銅 電阻率（ umcm） 扛電遷徙 低 高 空氣中抗侵蝕 高 低 刻蝕工藝 可以 不可以 化學(xué)機(jī)械平坦化工藝 可以 可以 挑戰(zhàn)： (1)Cu很快擴(kuò)散進(jìn)氧化硅和硅 (2)Cu無法應(yīng)用常規(guī)的等離子刻蝕工藝形成圖形 (3)低溫空氣中很容易氧化，切不會(huì)形成保護(hù)層阻止進(jìn)一步氧化 金屬化（ 7） ?阻擋層金屬（ Barrier Metal） 阻擋金屬層是淀積金屬或金屬塞，作用是阻止層上下的材料互相混合。 ?阻擋層金屬的特征 ? 有很好的阻擋擴(kuò)散特性 ? 高電導(dǎo)率具有很低的歐姆接觸電阻 ? 在半導(dǎo)體和金屬之間有很好的附著 ? 抗電遷徙 ? 在很薄并且高溫下具有很好的穩(wěn)定性 ? 抗侵蝕和氧化 ?通常用做阻擋層的金屬是一類具有高熔點(diǎn)組被認(rèn)為難熔的金屬 Ti， W， Ta， Mo， Co， Pt 金屬化（ 8） ? Cu阻擋層金屬要求（ Ta適合作為 Cu的阻擋層） ? 阻止銅擴(kuò)散 ? 低薄膜電阻 ? 對(duì)介質(zhì)材料和銅都有很好的附著 ? 與化學(xué)機(jī)械平坦化過程兼容 ? 很好的臺(tái)階覆蓋、高深寬比間隙填充 ? 硅化物 難熔金屬與硅在一起發(fā)生反應(yīng) ， 熔合形成硅化物 。 硅化物是一種具有熱穩(wěn)定性的金屬化合物 ， 并且在硅 /難熔金屬的分界面具有低的電阻率 。 Ti和 Co在 Al互連技術(shù)中被廣泛用于接觸的難熔金屬 。 金屬化（ 9） ? 自對(duì)準(zhǔn)硅化物技術(shù) 可提供穩(wěn)定接觸結(jié)構(gòu)、減小源和漏區(qū)接觸電阻的工藝。 ? 金屬填充塞（ W） 金屬化（ 10） ? 金屬淀積系統(tǒng) 傳統(tǒng)金屬化工藝歸并到被稱為 PVD一類：蒸發(fā)、濺射、 MOCVD、銅電鍍 ? 蒸發(fā) 將待蒸發(fā)的材料放臵進(jìn)坩堝、在真空系統(tǒng)中加熱并使之蒸發(fā)這些過程組成。在蒸發(fā)器中通過保持高真空環(huán)境，蒸汽分子的平均自由程增加，并在真空腔里以直線形式運(yùn)動(dòng)，直到它撞到表面凝結(jié)形成薄膜。 ? 缺點(diǎn) ? 不能產(chǎn)生均勻的臺(tái)階覆蓋 ? 對(duì)淀積合金的限制 金屬化（ 11） ? 濺射（ Sputtering） 高能粒子撞擊具有高純度的靶材料固定平板 ， 按物理過程撞擊出原子 ， 這些被撞擊出的原子穿過真空 ， 最后淀積在硅片上 。 ? 濺射的優(yōu)點(diǎn) ? 具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力 ? 能夠淀積高溫熔化和難熔金屬 ? 能夠在直徑為 200mm或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜 ? 具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面沾污和本身的氧化層 金屬化（ 12） ? 濺射基本步驟 （ 1）在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正 Ar離子，并向具有負(fù)電勢(shì)的靶材加速 （ 2）在加速過程中離子獲得動(dòng)量并轟擊靶材 （ 3）離子通過物理過程從靶材上撞擊（濺射）原子，靶具有想要的材料組分 （ 4）被撞擊出（濺射）的原子遷移到硅片表面 （ 5）被濺射的原子在硅片表面凝聚形成薄膜 （ 6）額外材料由真空泵抽走 刻蝕（ 1） ? 刻蝕（ Etch） 用化學(xué)或物理方法有選擇地去除淀積在硅片表面的不需要的材料的工藝過程 。 ? 刻蝕工藝分類 干法刻蝕 : 把硅片表面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，與硅片發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而去掉曝露的表面材料。 濕法腐蝕 ：液體化學(xué)試劑以化學(xué)方式去除硅片表面的材料。 介質(zhì)刻蝕 硅刻蝕