【文章內(nèi)容簡介】 金屬刻蝕 有圖形刻蝕 無圖形刻蝕 刻蝕（ 2） ? 刻蝕參數(shù) （ 1）刻蝕速率 （ 2）刻蝕剖面 （ 3）刻蝕偏差 （ 4）選擇性 （ 5）均勻性 （ 6）聚合物 ? 刻蝕速率 刻蝕速率與濃度和圖形大小的關(guān)系 刻蝕（ 3） ? 刻蝕剖面（ Etching Profile） 指被刻蝕圖形的側(cè)壁形狀。各向同性和各項異性刻蝕剖面。 ? 各向同性刻蝕 (Isotropic Etching) 指在所有方向上（橫向和垂直方向）以相同的刻蝕速率進(jìn)行刻蝕，導(dǎo)致被刻蝕材料在淹沒下面產(chǎn)生鉆蝕而形成的。 ? 各項異性刻蝕 (Anisotropic Etching) 刻蝕只在垂直于硅片表面的方向進(jìn)行，只有很少的橫向刻蝕。 刻蝕（ 4） ? 刻蝕偏差 指刻蝕以后線寬或關(guān)鍵尺寸間距。 刻蝕偏差 =WbWa Wb=刻蝕前光刻膠的線寬 Wa=光刻膠去掉后被刻蝕的線寬 ? 橫向鉆蝕 當(dāng)刻蝕中要去除掩膜下過量的材料時，會引起被刻蝕材料的上表面向光刻膠邊緣凹進(jìn)去，從而產(chǎn)生橫向鉆蝕。 刻蝕（ 5） ? 選擇比（ Selectivity） 指在同一刻蝕條件下一種材料與另一種材料相比刻蝕速率快很多，它定義為被刻蝕材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率的比 S = Ef/Er Ef = 被刻蝕材料的刻蝕速率 Er = 掩蔽層材料的刻蝕速率 ? 均勻性（ Uniformity） 指的是一種衡量刻蝕工藝在整個硅片上，或整個一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。深寬比相關(guān)刻蝕（ ARDE，負(fù)載效應(yīng)）。 ? 聚合物 刻蝕（ 6） ? 濕法刻蝕（ Wet Etching） 對于下層材料具有高的選擇比，對器件不會帶來等離子損傷，并且設(shè)備簡單便宜。 ? 浸泡和噴射方式刻蝕 參數(shù) 說明 控制難度 濃度 溶液濃度（ ., 腐蝕 SiO2的溶液 NH4F與 HF的比） 最難控制的參數(shù)，因為槽內(nèi)溶液濃度一直在變 時間 硅片浸在濕法化學(xué)腐蝕槽中的時間 相對容易控制 溫度 濕法化學(xué)刻蝕槽中的溫度 相對容易控制 攪動 溶液槽的攪動 相對容易控制 批數(shù) 為減少顆粒并確保適當(dāng)?shù)娜芤簭?qiáng)度，一定批次后必須更換溶液 相對容易控制 刻蝕（ 7） ? 濕法刻蝕氧化硅 HF或者 NH4F+HF作為刻蝕溶液 ? 濕法刻蝕氮化硅 通常用熱磷酸（ H3PO4）在 160℃ 左右進(jìn)行反應(yīng)刻蝕 ? 濕法刻蝕硅（ HF， KOH， EPW） SiO2+6HF H2SiF6+2H2O 3Si+4HNO3+18HF 3H2SiF8+4NO+8H2O Si+H2O+2KOH K2SiO4+2H2 刻蝕（ 8） ? 干法刻蝕（ Dry Etching） 主要目的是完整的把掩膜圖形復(fù)制到硅片表面。 ? 優(yōu)點（ Advantages） （ 1）刻蝕剖面是各相異性，具有非常好的側(cè)壁剖面控制 （ 2）好的 CD控制 （ 3）最小的光刻膠脫落或粘附問題 （ 4）好的片內(nèi)、片間、批次間的刻蝕均勻性 （ 5）較低的化學(xué)制品使用和處理費用 ? 缺點（ Drawback） （ 1）對下層材料的差的刻蝕選擇比 （ 2）等離子體帶來的器件損傷 （ 3）昂貴的設(shè)備 刻蝕（ 9） ? 干法刻蝕原理 干法刻蝕系統(tǒng)中，刻蝕作用通常是化學(xué)作用或物理作用，或者是化學(xué)和物理的共同作用來實現(xiàn)的。 刻蝕（ 10） ? 化學(xué)干法等離子體刻蝕和物理干法等離子體刻蝕 刻蝕參數(shù) 物理刻蝕 （ RF電場垂直與 Si片表面） 物理刻蝕 （ RF電場平行與Si片表面） 化學(xué)刻蝕 物理和化學(xué)刻蝕 刻蝕機(jī)理 物理離子濺射 等離子中的活性基與硅片表面反應(yīng) 液體中的活性基與硅片表面反應(yīng) 在干法刻蝕中，刻蝕包括離子濺射和火星元素與硅片表面的反應(yīng) 側(cè)壁剖面 各向異性 各向同性 各向同性 各向同性至各向異性 選擇比 差 /難以提高（ 1： 1） 一般 /好（ 5： 1至 100： 1） 高、很高（高于 500： 1） 一般 /高（ 5： 1至100： 1） 刻蝕速率 快 適中 慢 適中 線寬控制 一般 /好 差 非常差 好 /非常好 摻雜（ 1） ? 摻雜（ Doping） 指把雜質(zhì)引入半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)中，以改變它的電學(xué)性能的一種方法。常用的雜質(zhì)元素有：硼、磷、砷、銻 ? 摻雜方式 熱擴(kuò)散和離子注入 摻雜（ 2） ? 擴(kuò)散 (Diffusion) 擴(kuò)散是利用高溫驅(qū)動雜質(zhì)穿過硅的晶格結(jié)構(gòu)，這種方法受到時間和溫度的影響 ? 擴(kuò)散原理 硅中固態(tài)雜質(zhì)的擴(kuò)散需要三個步驟：預(yù)淀積、推進(jìn)、激活 ? 預(yù)淀積 (Predeposition) 硅片被送入高溫擴(kuò)散爐中，雜質(zhì)原子從源轉(zhuǎn)移到擴(kuò)散爐內(nèi)。雜質(zhì)僅進(jìn)入了硅片中很薄的一層，且其表面濃度恒定。 C(x,t) = Cs erfc(x/2(Dt)1/2) 摻雜（ 3） ? 推進(jìn) (Drivein) 用以使淀積的雜質(zhì)穿過硅晶體，在硅片中形成期望的結(jié)深。高溫環(huán)境下形成的氧化物會引起雜質(zhì)濃度的再分布。 ? 激活 (Activation） 繼續(xù)升高溫度，使雜質(zhì)原子與晶格中的硅原子鍵合。這個過程激活了雜質(zhì)原子，改變了硅的電導(dǎo)率。 ? 雜質(zhì)移動 每一種雜質(zhì)在硅中都有一定的擴(kuò)散率，擴(kuò)散率表示雜質(zhì)在硅片中的移動速度，在硅片中，雜質(zhì)原子的擴(kuò)散有 2種機(jī)制：間隙式和替代式。 摻雜（ 4） ? 擴(kuò)散工藝 (1) 進(jìn)行質(zhì)量測試以保證工具滿足生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) （ 2）使用批控制系統(tǒng)，驗證硅片的特性 （ 3）下載包含所需擴(kuò)散參數(shù)的工藝菜單 （ 4）開啟擴(kuò)散爐，包括溫度分布 （ 5）清洗硅片并浸泡 HF，去除自然氧化層 （ 6）預(yù)淀積：把硅片裝入擴(kuò)散爐，擴(kuò)散雜質(zhì) （ 7）推進(jìn)：升高爐溫，推進(jìn)并激活雜質(zhì)，然后撤出硅片 (8) 測量、評價、記錄結(jié)深和電阻 摻雜（ 5） ? 離子注入（ Implantation） 離子注入是通過高壓高能離子轟擊把雜質(zhì)引入硅片。雜質(zhì)通過與硅片發(fā)生原子級的高能碰撞，才能被注入。雜質(zhì)的濃度和深度的可控性和重復(fù)性是離子注入的最大優(yōu)點。 摻雜（ 6） ? 離子注入是一個物理過程，即不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在 藝以下的注入過程有 2個主要目標(biāo)： （ 1）向硅片中引入均勻?？煽刂茢?shù)量的特定雜質(zhì)； （ 2）把雜質(zhì)放入在希望的深度。 摻雜（ 6） 摻雜（ 7） 優(yōu)點 描述 精確控制雜質(zhì)含量 能在很大范圍內(nèi)精確控制注入雜質(zhì)濃度 (10101017ions/cm2)。誤差在 177。 2%之間。 很好的雜質(zhì)均勻性 用掃描的方法控制雜質(zhì)的均勻性 對雜質(zhì)穿透深度有很好的控制 通過控制注入過程中離子能量控制雜質(zhì)的穿透深度，增大了設(shè)計的靈活性，如埋層，最大雜質(zhì)濃度在埋層里，最小濃度在硅片表面 產(chǎn)生單一離子束 質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒有沾污的純離子束，不同的雜質(zhì)能夠被選出進(jìn)行注入。高真空保證最少沾污。 低溫工藝 注入在中等溫度 (小于 125℃ )下進(jìn)行，允許使用不同的光刻掩膜，包括光刻膠。 注入的離子能穿過薄膜 雜質(zhì)可以通過薄膜注入，如氧化物或氮化物。這就允許 MOS晶體管閾值電壓調(diào)整在生長柵氧化層之后進(jìn)行。增大了注入的靈活性 無固溶度極限 注入雜質(zhì)含量不受硅片固溶度的限制 摻雜（ 8） ? 離子注入?yún)?shù)： 劑量 和 射程 ? 劑量： 單位面積硅片表面注入的離子數(shù)，單位是原子 (or離子 )每平方厘米 。 Q=It/enA 其中， Q=劑量 I=束流，單位是庫侖每秒 (安培 ) t=注入時間，單位是秒 e=電子電荷，等于 1019庫侖 n=離子電荷 (比如 B+等于 1) A=注入面積，單位是 cm2 摻雜（ 9） ? 射程 ： 指的是離子注入過程中，離子穿入硅片的距離。 ? 離子是運動的，所以他們的能量是動能 (KE),常用單位是焦耳。然而，離子注入中的能量一般用電子電荷與電勢差的乘積，即電子伏特 (eV)來表示。 KE = nV 其中， KE=能量，單位是是電子伏特（ eV） n=離子的電荷狀態(tài) V=電勢差，單位是伏特 ? 諸如及的能量越高，意味著雜質(zhì)原子能穿入硅片越深，射程越大。 摻雜（ 10） ? 投影射程 Rp 指注入離子在硅片中的穿行的距離，取決于離子質(zhì)量和能量、靶的質(zhì)量和離子束相對于硅片晶體結(jié)構(gòu)的方向。注入硅片的雜質(zhì)原子穿行的距離呈現(xiàn)一定的分布，即偏差 ΔRp。 Rp表示可以形成多深的結(jié)，而 ΔRp表示被注入元素在 Rp附近的分布 摻雜（ 11） ? 電子阻礙和核阻礙 注入離子在穿行硅片的過程中與硅原子發(fā)生碰撞，導(dǎo)致能量損失，并最終停止在某一深度。兩個主要能量損失機(jī)制：電子阻礙和核阻礙。 ? 電子阻礙 雜質(zhì)原子與靶材料的電子發(fā)生反應(yīng)造成的，此過程與厚介質(zhì)阻礙彈射類似。 ? 核阻礙 由于雜質(zhì)原子與硅原子發(fā)生碰撞，造成硅原子的移位，這個過程可以形象化為 2個硬球之間的碰撞 摻雜（ 12） ? 退火（ Anneal） 離子注入會將原子撞擊出晶格結(jié)構(gòu)而損傷硅片晶格。另外，被注入離子基本不占據(jù)硅的晶格點，而是停留在晶格間隙位臵。高溫退火能夠加熱被注入硅片， 修復(fù)晶格缺陷 ；還能使雜質(zhì)原子移動到晶格點，將其 激活 。雜質(zhì)的激活與時間和溫度有關(guān)。 ? 退火有 2種基本方法：高溫爐退化和快速退火（ RTA） 光刻（ 1） ? 光刻（ Lithography） 光刻指使用光敏光刻膠材料和可控制的曝光將三維圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面的任一復(fù)制過程。光刻的本質(zhì)是把臨時電路結(jié)構(gòu)復(fù)制到以后要進(jìn)行刻蝕或離子注入的硅片上，這些結(jié)構(gòu)首先以圖形形式制作在掩膜版的石英模版上，紫外光透過掩膜版把圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面的光敏薄膜上。 ? 轉(zhuǎn)移到硅片表面的光刻圖形的形狀完全取決于硅片層面的構(gòu)成。圖形可能是硅片上的半導(dǎo)體器件、隔離槽、接觸孔、金屬互連線以及互連金屬層的通孔。 光刻（ 2） ? 光刻掩膜版（ Photomask） 它是一塊石英版，包含了對于整個硅片來說確定一工藝層所需的完整管芯陣列。 ? 光譜 能量要滿足激活光刻膠并將圖形從掩膜版中轉(zhuǎn)移過來的要求。 光刻（ 3） ? 光刻包括 2種基本的工藝類型：負(fù)性光刻和正性光刻 ? 負(fù)性光刻 基本特征：當(dāng)曝光后，光刻膠會因為交聯(lián)而變得不可溶解，并會硬化。一旦硬化，交聯(lián)的光刻膠就不能在溶劑中被洗掉。因為光刻膠上的圖形與掩膜版上的圖形相反，所以這種光刻膠被稱為負(fù)性光刻膠。 光刻（ 4） ? 正性光刻 在正性光刻工藝中，復(fù)制到硅片表面上的圖形與掩膜版上的一樣。被紫外線曝光后的區(qū)域經(jīng)歷看一種光化學(xué)反應(yīng)，在顯影液中軟化并可溶解在其中。用這種方法，曝光的正性光刻膠區(qū)域?qū)⒃陲@影液中被除去，而不透明的掩膜版下的沒有被曝光的光刻膠仍然保留在硅片上。 光刻（ 5） ? 光刻工藝的 8個基本步驟 (1)氣相成膜 (2)旋轉(zhuǎn)涂膠 (3)軟烘 (4)對準(zhǔn)和光刻 (5)曝光后