第十二章淀積（PPT 精品）

1、電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 半導(dǎo)體制造技術(shù)半導(dǎo)體制造技術(shù) 西安交通大學(xué)微電子技術(shù)教研室西安交通大學(xué)微電子技術(shù)教研室 第十二章第十二章 淀淀 積積 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 概概 述述 薄膜淀積是芯片加工過程中一個(gè)至關(guān)重要 的工藝步驟，通過淀積工藝可以在硅片上生長(zhǎng) 導(dǎo)各種導(dǎo)電薄膜層和絕緣薄膜層。 各種不同類型的薄膜淀積到硅片上，在某 些情況下，這些薄膜成為器件結(jié)構(gòu)中的一個(gè)完 整部分，另外一些薄膜則充當(dāng)了工藝過程中的 犧牲品，并且在后續(xù)的工藝

2、中被去掉。 本章將討論薄膜淀積的原理、過程和所 需的設(shè)備，重點(diǎn)討論sio2和si3n4等絕緣材料薄 膜以及多晶硅的淀積。金屬和金屬化合物薄膜 的淀積將在第13章中介紹。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 目目 標(biāo)標(biāo) 通過本章的學(xué)習(xí)，將能夠：通過本章的學(xué)習(xí)，將能夠： 1. 描述出多層金屬化。敘述并解釋薄膜生長(zhǎng)的三個(gè)階段。 2. 提供對(duì)不同薄膜淀積技術(shù)的慨況。 3. 列舉并描述化學(xué)氣相淀積（cvd）反應(yīng)的8個(gè)基本步驟，包 括不同類型的化學(xué)反應(yīng)。 4. 描述cvd反應(yīng)如何受限制，解釋反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及cvd薄膜摻 雜的效應(yīng)。 5.

3、描述不同類型的cvd淀積系統(tǒng)，解釋設(shè)備的功能。討論某種 特定工具對(duì)薄膜應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和局限。 6. 解釋絕緣材料對(duì)芯片制造技術(shù)的重要性，給出應(yīng)用的例子。 7. 討論外延技術(shù)和三種不同的外延淀積方法。 8. 解釋旋涂絕緣介質(zhì)。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda msi時(shí)代時(shí)代nmos晶體管的各層膜晶體管的各層膜 p+ silicon substrate p- epi layer 場(chǎng)氧化層 n+n+p+p+ n-well ild氧化硅 墊氧化層 氧化硅 氮化硅 頂層 柵氧化層 側(cè)墻氧化層 金屬前氧化層 poly 金屬 多晶 金屬

4、figure 11.1 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 引引 言言 從msi到lsi時(shí)代，芯片的設(shè)計(jì)和加工相對(duì)較 為直接，上圖給出了制作一個(gè)早期nmos所需的淀 積層。圖中器件的特征尺寸遠(yuǎn)大于1m。如圖所 示，由于特征高度的變化，硅片上各層并不平坦 ，這將成為vlsi時(shí)代所需的多層金屬高密度芯片 制造的限制因素。 隨著特征尺寸越來越小，在當(dāng)今的高級(jí)微芯 片加工過程中，需要6層甚至更多的金屬來做連 接（第六頁(yè)的圖），各金屬之間的絕緣就顯得非 常重要，所以，在芯片制造過程中，淀積可靠的 薄膜材料至關(guān)重要。薄膜制備是硅片加工中

5、的一 個(gè)重要工藝步驟。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda ulsi硅片上的多層金屬化硅片上的多層金屬化 figure 11.3 鈍化層壓點(diǎn)金屬 p+ silicon substrate via ild-2 ild-3 ild-4 ild-5 m-1 m-2 m-3 m-4 p- epitaxial layer p+ ild-6 li oxide sti n-wellp-well ild-1 poly gate n+ p+p+n+n+ li metal 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk

6、and julian serda 芯片中的金屬層芯片中的金屬層 photo 11.1 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 薄膜淀積薄膜淀積 半導(dǎo)體器件工藝中的“薄膜”是一種固態(tài)薄 膜，薄膜的種類和制備方法在第四章中已作過簡(jiǎn) 單介紹。 薄膜淀積是指任何在硅片襯底上物理淀積一 層膜的工藝，屬于薄膜制造的一種工藝，所淀積 的薄膜可以是導(dǎo)體、絕緣材料或者半導(dǎo)體材料。 比如二氧化硅（sio2）、氮化硅（si3n4）、多 晶硅以及金屬（cu、w）. 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and juli

7、an serda 固態(tài)薄膜固態(tài)薄膜 silicon substrate oxide 寬 長(zhǎng) 厚 與襯底相比 薄膜非常薄 figure 11.4 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 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 受控制的化學(xué)劑量 高度的結(jié)構(gòu)完整性和低的膜應(yīng)力 好的電學(xué)特性 對(duì)襯底材料或下層膜好的黏附性 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 膜對(duì)臺(tái)階的覆蓋膜對(duì)臺(tái)階的覆蓋 我們期望膜在硅片表面上厚度一致，但由

8、 于硅片表面臺(tái)階的存在，如果淀積的膜在臺(tái)階 上過渡的變薄，就容易導(dǎo)致高的膜應(yīng)力、電短 路或在器件中產(chǎn)生不希望的誘生電荷。應(yīng)力還 可能導(dǎo)致襯底發(fā)生凸起或凹陷的變形。 共形臺(tái)階覆蓋非共形臺(tái)階覆蓋 均勻厚度 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 高的深寬比間隙高的深寬比間隙 可以用深寬比來描述一個(gè)小間隙（如槽或孔）， 深寬比定義為間隙的深度和寬度的比值(見下圖) 深寬比 = 深度 寬度 = 2 1 深寬比 = 500 250 500 d 250 w figure 11.6 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael

9、quirk and julian serda 高的深寬比間隙高的深寬比間隙 photograph courtesy of integrated circuit engineering photo 11.2 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 薄膜生長(zhǎng)的步驟薄膜生長(zhǎng)的步驟 連續(xù)的膜 氣體分子 成核凝聚 substrate figure 11.7 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 膜淀積技術(shù) table 11.1 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by

10、michael quirk and julian serda 化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積 化學(xué)氣相淀積（cvd）是通過氣體混合的化 學(xué)反應(yīng)在硅片表面淀積一層固體膜的工藝。硅片 表面及其鄰近的區(qū)域被加熱來向反應(yīng)系統(tǒng)提供附 加的能量。包括： 1. 產(chǎn)生化學(xué)變化，這可以通過化學(xué)反應(yīng)或熱分解； 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 加反應(yīng)。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 化學(xué)氣相淀積的設(shè)備化學(xué)氣相淀積的設(shè)備 photo 11.3 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by m

11、ichael quirk and julian serda cvd 化學(xué)過程化學(xué)過程 1.高溫分解：高溫分解： 通常在無氧的條件下，通過加熱化 合物分解（化學(xué)鍵斷裂）； 2.光分解：光分解： 利用輻射使化合物的化學(xué)鍵斷裂分解； 3.還原反應(yīng)：還原反應(yīng)： 反應(yīng)物分子和氫發(fā)生的反應(yīng)； 4.氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)： 反應(yīng)物原子或分子和氧發(fā)生的反應(yīng)； 5.氧化還原反應(yīng)：氧化還原反應(yīng)： 反應(yīng)3與4地組合，反應(yīng)后形成兩 種新的化合物。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 以上5中基本反應(yīng)中，有一些特定的 化學(xué)氣相淀積反應(yīng)用來在硅片襯底上淀

12、積膜。對(duì)于某種特定反應(yīng)的選擇通常要 考慮淀積溫度、膜的特性以及加工中的 問題等因素。 例如，用硅烷和氧氣通過氧化反應(yīng) 淀積sio2膜。反應(yīng)生成物sio2淀積在硅 片表面，副產(chǎn)物事是氫。 sih4 + o2 sio2 + 2h2 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda cvd 反應(yīng)反應(yīng) cvd 反應(yīng)步驟反應(yīng)步驟 基本的化學(xué)氣相淀積反應(yīng)包含8個(gè)主要步驟， 以解釋反應(yīng)的機(jī)制。 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)物黏附； 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

13、）副產(chǎn)物從反應(yīng)腔移除。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda cvd 傳輸和反應(yīng)步驟圖傳輸和反應(yīng)步驟圖 cvd 反應(yīng)室 substrate 連續(xù)膜 8) 副產(chǎn)物 去除 1) 反應(yīng)物的質(zhì) 量傳輸 副產(chǎn)物 2) 薄膜先驅(qū) 物反應(yīng) 3) 氣體分 子擴(kuò)散 4) 先驅(qū)物 的吸附 5) 先驅(qū)物擴(kuò)散 到襯底中 6) 表面反應(yīng) 7) 副產(chǎn)物的解 吸附作用 排氣 氣體傳送 figure 11.8 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 在化學(xué)氣相淀積中，氣體先驅(qū)物傳輸?shù)焦?片表面

14、進(jìn)行吸附作用和反應(yīng)。列入，下面的三 個(gè)反應(yīng)。反應(yīng)1）顯示硅烷首先分解成sih2先驅(qū) 物。 sih2先驅(qū)物再和硅烷反應(yīng)形成si2h6。在中 間cvd反應(yīng)中， sih2隨著si2h6被吸附在硅片表 面。然后si2h6分解形成最終需要的固態(tài)硅膜。 1)sih4(氣態(tài)) sih2(氣態(tài)) + h2(氣態(tài)) （高溫分解） 2)sih4(氣態(tài)) + sih2(氣態(tài)) si2h6(氣態(tài)) （反應(yīng)半 成品形成） 3) si2h6(氣態(tài)) 2si (固態(tài)) + 3h2(氣態(tài)) （最終產(chǎn) 品形成） 以上實(shí)例是硅氣相外延的一個(gè)反應(yīng)過程 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and

15、julian serda 速度限制階段速度限制階段 在實(shí)際大批量生產(chǎn)中，cvd反應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng) 短很重要。溫度升高會(huì)促使表面反應(yīng)速度增加 ?；赾vd反應(yīng)的有序性，最慢的反應(yīng)階段會(huì) 成為整個(gè)工藝的瓶頸。換言之，反應(yīng)速度最慢 的階段將決定整個(gè)淀積過程的速度。 cvd的反應(yīng)速度取決于質(zhì)量傳輸和表面反 應(yīng)兩個(gè)因素。在質(zhì)量傳輸階段淀積工藝對(duì)溫度 不敏感，這意味著無論溫度如何，傳輸?shù)焦杵?表面加速反應(yīng)的反應(yīng)氣體的量都不足。在此情 況下，cvd工藝通常是受質(zhì)量傳輸所限制的。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 在更低的反應(yīng)溫度和壓力下，由于

16、只有更 少的能量來驅(qū)動(dòng)表面反應(yīng)，表面反應(yīng)速度會(huì)降 低。最終反應(yīng)物達(dá)到硅片表面的速度將超過表 面化學(xué)反應(yīng)的速度。在這種情況下。淀積速度 是受化學(xué)反應(yīng)速度限制的，此時(shí)稱表面反應(yīng)控 制限制。 cvd 氣流動(dòng)力學(xué)氣流動(dòng)力學(xué) cvd氣流動(dòng)力學(xué)對(duì)淀積出均勻的膜很重要。 所謂氣體流動(dòng)，指的是反應(yīng)氣體輸送到硅片表 面的反應(yīng)區(qū)域（見下圖）。cvd氣體流動(dòng)的主 要因素包括，反應(yīng)氣體從主氣流中到硅片表面 的輸送以及在表面的化學(xué)反應(yīng)速度。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda cvd 中的氣流中的氣流 氣流 淀積的膜 硅襯底 反應(yīng)副產(chǎn)物 反應(yīng)物的 擴(kuò)

17、散 figure 11.9 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 硅片表面的氣流硅片表面的氣流 氣流 邊界層 氣流 滯留層 figure 11.10 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda cvd 反應(yīng)中的壓力反應(yīng)中的壓力 如果cvd發(fā)生在低壓下，反應(yīng)氣體通過邊 界層達(dá)到表面的擴(kuò)散作用會(huì)顯著增加。這會(huì)增 加反應(yīng)物到襯底的輸運(yùn)。在cvd反應(yīng)中低壓的 作用就是使反應(yīng)物更快地到達(dá)襯底表面。在這 種情況下，速度限制將受約于表面反應(yīng)，即在 較低壓下cvd工藝是反應(yīng)速度限制

18、的。 cvd 過程中的摻雜過程中的摻雜 cvd淀積過程中，在sio2中摻入雜質(zhì)對(duì)硅 片加工來說也是很重要。例如，在淀積sio2的 過程中，反應(yīng)氣體中加入ph3后，會(huì)形成磷硅 玻璃?；瘜W(xué)反應(yīng)方程如下： sih4(氣)+2ph3(氣)+o2(氣) sio2(固)+2p(固)+5h2(氣) 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 在磷硅玻璃中，磷以p2o5的形式存在，磷 硅玻璃由p2o5和sio2的混合物共同組成；對(duì)于 要永久黏附在硅片表面的磷硅玻璃來說， p2o5 含量（重量比）不超過4，這是因?yàn)榱坠璨?璃（psg）有吸潮作用。 應(yīng)

19、用高密度等離子體cvd可以在600 650的溫度下淀積psg，由于它的淀積溫度、 相對(duì)平坦的表面、好的間隙填充能力，近來也 常采用psg作為第一層層間介質(zhì)（ild-1）。在 sio2中引入p2o5可以減小膜應(yīng)力，進(jìn)而改進(jìn)膜 的完整性。摻雜會(huì)增加玻璃的抗吸水性。psg 層還可以有效地固定離子雜質(zhì)。離子會(huì)吸附到 磷原子上，因而不能通過psg層擴(kuò)散達(dá)到硅片 表面。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda cvd 淀積系統(tǒng)淀積系統(tǒng) cvd 設(shè)備設(shè)計(jì) cvd 反應(yīng)器的加熱 cvd 反應(yīng)器的配置 cvd 反應(yīng)器的總結(jié) 常壓 cvd（ apc

20、vd ） 低壓 cvd（ lpcvd） 等離子體輔助 cvd 等離子體增強(qiáng) cvd（pecvd） 高密度等離子體 cvd（hdpcvd） 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda cvd 反應(yīng)器類型反應(yīng)器類型 figure 11.11 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 各種類型各種類型 cvd 反應(yīng)器及其主要特點(diǎn)反應(yīng)器及其主要特點(diǎn) table 11.2 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 連

21、續(xù)加工的連續(xù)加工的apcvd 反應(yīng)爐反應(yīng)爐 硅片 膜 反應(yīng)氣體 2 反應(yīng)氣體 1 惰性分隔氣體 (a) 氣體注入類型 n2 反應(yīng)氣體 加熱器 n2n2n2n2n2 硅片 (b) 通氣類型 figure 11.12 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda apcvd teos-o3改善后的臺(tái)階覆蓋改善后的臺(tái)階覆蓋 liner oxide p silicon substrate p epitaxial layer n-wellp-well trench cvd oxide teos-o3 trench fill by chemica

22、l vapor deposition nitride - + figure 11.3 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 用用teoso3淀積淀積sio2 teos是正硅酸乙脂。分子式為si(c2h5o4)，是 一種液體。臭氧（o3）包含三個(gè)氧原子，比氧氣有 更強(qiáng)的反應(yīng)活性，因此，這步工藝可以不用等離子 體，在低溫下（如400）進(jìn)行，因?yàn)椴恍枰入x 子體，o3就能是teos分解，因此反應(yīng)可以在常壓 （apcvd,760托）或者亞常壓(sacvd，600托)下 。淀積的二氧化硅薄膜改善了臺(tái)階覆蓋輪廓，均勻 性好，具有作為絕緣介

23、質(zhì)優(yōu)異的電學(xué)特性。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于高的深寬比槽有良好的覆蓋填充能力。 缺點(diǎn)：sio2膜多孔，因而通常需要回流來去掉潮氣 并增加膜密度。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda psg 回流后平坦化的表面回流后平坦化的表面 回流后 psg 回流前 psg 金屬或多晶硅 figure 11.14 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda lpcvd 與apcvd相比，lpcvd系統(tǒng)有更低的成本、 更高的產(chǎn)量及更好的膜性能，因此應(yīng)用更為廣泛 。為了獲得低壓，必須在中等真空度下

24、阿（約0.1 5托），反應(yīng)溫度一般在300900，常規(guī)的氧 化爐設(shè)備就可以應(yīng)用。 lpcvd的反應(yīng)室通常是反應(yīng)速度限制的。在 這種低壓條件下，反應(yīng)氣體的質(zhì)量傳輸不再限制 反應(yīng)的速度。 不同于apcvd的是，lpcvd反應(yīng)中的邊界層 由于低壓的緣故，距離硅片表面更遠(yuǎn)（見下圖） 。邊界層的分子密度低，使得進(jìn)入的氣體分子很 容易通過這一層擴(kuò)散，是硅片表面接觸足夠的反 應(yīng)氣體分子。一般來說，lpcvd具有優(yōu)良的臺(tái)階 覆蓋能力。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 硅片表面的邊界層硅片表面的邊界層 連續(xù)氣流 淀積膜 硅襯底 邊界層 反

25、應(yīng)物擴(kuò)散 figure 11.15 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda lpcvd reaction chamber for deposition of oxides, nitrides, or polysilicon 三溫區(qū)加熱部件 釘式熱電偶 (外部，控制) 壓力表 抽氣至真空泵 氣體入口 熱電偶 (內(nèi)部) figure 11.16 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 用用 teos lpcvd 淀積氧化硅淀積氧化硅 壓力控制器 三溫區(qū) 加熱器 加熱器

26、 teos n2o2 真空泵 氣流控制器 lpcvd 爐 溫度控制器 計(jì)算機(jī)終端 工作接口 爐溫控制器 尾氣 figure 11.17 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda key reasons for the use of doped polysilicon in the gate structure 1. 通過摻雜可得到特定的電阻； 2. 和二氧化硅優(yōu)良的界面特性； 3. 和后續(xù)高溫工藝的兼容性； 4. 比金屬電極（如ai）更高的可靠性； 5. 在陡峭的結(jié)構(gòu)上淀積的均勻性； 6. 實(shí)現(xiàn)柵的自對(duì)準(zhǔn)工藝。 電信學(xué)院微電子教研

27、室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda doped polysilicon as a gate electrode n-wellp-well p- epitaxial layer p+ silicon substrate polysilicon gate p+p+p+ n+n+n+ figure 11.18 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 等離子體輔助等離子體輔助cvd cvd 過程中使用等離子體的好處過程中使用等離子體的好處 1.更低的工藝溫度 (250 450)； 2.

28、對(duì)高的深寬比間隙有好的填充能力 (用高密度 等離子體)； 3.淀積的膜對(duì)硅片有優(yōu)良的黏附能力； 4.高的淀積速率； 5.少的針孔和空洞，因?yàn)橛懈叩哪っ芏龋?6.工藝溫度低，因而應(yīng)用范圍廣。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 在等離子體輔助在等離子體輔助 cvd 中膜的形成中膜的形成 pecvd 反應(yīng)室 連續(xù)膜 8) 副產(chǎn)物 去除 1) 反應(yīng)物進(jìn) 入反應(yīng)室 襯底 2) 電場(chǎng)使反 應(yīng)物分解 3) 薄膜初始 物形成 4) 初始物吸附 5) 初始物擴(kuò)散到 襯底中 6) 表面反應(yīng) 7) 副產(chǎn)物的解 吸附作用 排氣 氣體傳送 rf 發(fā)

29、生器 副產(chǎn)物 電極 電極 rf 場(chǎng) figure 11.19 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda general schematic of pecvd for deposition of oxides, nitrides, silicon oxynitride or tungsten process gases gas flow controller pressure controller roughing pump turbo pump gas panel rf generator matching network mic

30、rocontroller operator interface exhaust gas dispersion screen electrodes figure 11.20 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 用用lpcvd 和和 pecvd 氮化硅的性質(zhì)氮化硅的性質(zhì) table 11.3 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 高密度等離子體淀積腔高密度等離子體淀積腔 photo 11.4 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk

31、 and julian serda 淀積刻蝕淀積工藝淀積刻蝕淀積工藝 用 pecvd 淀積的膜在間隙入口 處產(chǎn)生夾斷現(xiàn)象，導(dǎo)致在間隙 填充中的空洞 鑰匙孔效應(yīng) 面包塊效應(yīng) metal sio2 在這里開始分開 1) 離子誘導(dǎo)薄膜初始產(chǎn)物的淀積 2) 氬離子濺射刻蝕掉間隙入口 處多余的膜，在膜上導(dǎo)致斜 面外形 3) 再淀積被刻蝕的材料。重復(fù) 該過程，最終形成上下一致 的形貌 cap figure 11.21 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda hdpcvd 工藝的五個(gè)步驟工藝的五個(gè)步驟 1.離子誘導(dǎo)淀積：指離子被托出等離子體并

32、淀積形 成間隙填充的現(xiàn)象； 2.濺射刻蝕：具有一定能量的ar和因?yàn)楣杵帽?吸引到薄膜的反應(yīng)離子轟擊表面并刻蝕原子； 3.再次淀積：原子從間隙的底部被剝離，通常會(huì)再 次淀積到側(cè)壁上； 4.熱中性 cvd：這對(duì)熱能驅(qū)動(dòng)的一些淀積反應(yīng)有 很小的貢獻(xiàn)； 5.反射：離子反射出側(cè)壁，然后淀積，是另一種貢 獻(xiàn)。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 在渦輪泵出口放置硅片的在渦輪泵出口放置硅片的 hdpcvd 機(jī)械泵 微波 2.45 ghz 電磁 渦輪泵 閥門 氣體噴頭 靜電吸盤上的硅片 figure 11.22 電信學(xué)院微電子教研室 半

33、導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 介質(zhì)及其性能介質(zhì)及其性能 介電常數(shù) 間隙填充 芯片性能 低k值介電常數(shù) 高k值介電常數(shù) 器件隔離 局部氧化（locos） 淺曹隔離（sti） 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 介質(zhì)間隙填充的三個(gè)過程介質(zhì)間隙填充的三個(gè)過程 2) pecvd 帽 帽 1) hdpcvd 間隙填 充 sio2 鋁 3)化學(xué)機(jī)械 平坦化 figure 11.23 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda

34、 ulsi 互連中可能的低互連中可能的低k值值ild材料材料 table 11.4 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 互連延遲互連延遲 (rc) 與特征尺寸的關(guān)系與特征尺寸的關(guān)系 ( m) figure 11.24 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.51.01.52.0 特征尺寸 (m) 延遲時(shí)間 (10-9 sec) 互連延遲 (rc) 門延遲 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 芯片性能芯片性能 芯片性能的一項(xiàng)指標(biāo)是信號(hào)的傳輸速度。芯片

35、 的不斷縮小導(dǎo)致互聯(lián)線寬度減小，使得傳輸信號(hào)導(dǎo) 線電阻（r）增大。而且，導(dǎo)線間距的縮小產(chǎn)生了更 多的寄生電容（c）。最終增加了rc信號(hào)延遲（rc 信號(hào)延遲降低芯片速度，減弱芯片性能）。這是在 亞0.25m中凸現(xiàn)的問題，通常稱為互連延遲 （如上 圖所示）。從本質(zhì)上講，減小互連尺寸帶來的寄生 電阻和電容效應(yīng)而導(dǎo)致更大的信號(hào)延遲。這與晶體 管的發(fā)展正好相反，對(duì)晶體管而言，隨著柵長(zhǎng)變小 ，延遲變小，晶體管的速度增加。 線電容c正比于絕緣介質(zhì)的k 值，低k值的絕緣 介質(zhì)可以減小芯片總的互連電容，減小rc信號(hào)延遲 ，提供芯片性能。 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk a

36、nd julian serda 總互連線電容總互連線電容 電容 (10-12 farads/cm) 7 6 5 4 3 2 1 0 00.51.01.52.02.53.0 間距 (m) k = 4 k = 3 k = 2 k= 1 figure 11.25 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 低低-k 值絕緣介質(zhì)要求值絕緣介質(zhì)要求 table 11.5 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda dram 疊層電容的示意圖疊層電容的示意圖 sio2 介質(zhì) 摻雜多晶

37、硅電容極板 摻雜多晶硅電容極板 埋接觸孔擴(kuò)散 sio2 dielectricdoped polysilicon capacitor plate doped polysilicon capacitor plate buried contact diffusion figure 11.26 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 淺槽隔離淺槽隔離 photo 11.5 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 旋涂絕緣介質(zhì)旋涂絕緣介質(zhì) 旋涂玻璃 (sog) 旋涂絕緣介質(zhì) (sod) 外延 外延生長(zhǎng)方法 氣相外延（vep） 金屬有機(jī) cvd 分子束外延(mbe) cvd質(zhì)量測(cè)量 cvd 檢查及故障排除 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda 用用 spin-on-glass 填充間隙填充間隙 2) 處理后的sog1)最初的sog 間隙填充 3)cvd 氧化硅帽 cap figure 11.27 電信學(xué)院微電子教研室 半導(dǎo)體制造技術(shù) by michael quirk and julian serda hsq 低低-k 值絕緣介質(zhì)工藝參數(shù)值絕緣介質(zhì)工藝參數(shù) table 11.6 電信學(xué)院