半導(dǎo)體工藝原理復(fù)習(xí)資料

1、第一章晶體生長(zhǎng)技術(shù)（直拉法（CZ）、區(qū)熔法（FZ）。半導(dǎo)體：常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，如二極管、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話等。導(dǎo)電性可受控制，范圍可從絕緣體至導(dǎo)體之間的材料。N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體），自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），自由電子為多子，空穴為少子，主要靠自由電子導(dǎo)電。自由電子主要由雜質(zhì)原子提供，空穴由熱激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）即空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度的雜質(zhì)半導(dǎo)體。硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼）。空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電。空穴主要由雜質(zhì)原子提供，自由電子由熱

2、激發(fā)形成。摻入的雜質(zhì)越多，多子的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。區(qū)熔法（FZ）特點(diǎn)：硅片含氧量低、純度高、成本高、主要用于高功率IC。難生長(zhǎng)大直徑硅晶棒。低阻值硅晶棒、摻雜均勻度較差。CZ法：成本低、可做大尺寸晶錠、材料可重復(fù)使用。CZ工藝工程：籽晶熔接，引晶和縮頸，放肩，收尾。影響因素：拉伸速率、旋轉(zhuǎn)速率。硅片制備步驟：機(jī)械加工，化學(xué)處理，表面拋光，質(zhì)量測(cè)量 制備流程：整形處理，去掉兩端，徑向研磨。硅片制作流程：磨片和倒角（防止產(chǎn)生缺陷），刻蝕（去除沾污和損傷層）腐蝕液：HNO3+HF+醋酸，拋光（去除表面缺陷），清洗（去除殘留沾污）晶體缺陷：點(diǎn)缺陷（空位缺陷；間隙原子缺陷；Frenkel缺陷）

3、；位錯(cuò)；層錯(cuò)。雜質(zhì)的作用：調(diào)節(jié)硅原子的能級(jí)，由于晶體結(jié)構(gòu)的原因，固體中的全部原子的各能級(jí)形成了能帶，硅通?？梢苑譃槿齻€(gè)能帶，導(dǎo)帶，禁帶，價(jià)帶。如果所有的自由電子都在價(jià)帶上就是絕緣體；如果所有的自由電子都在導(dǎo)帶上就是導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的自由電子平時(shí)在價(jià)帶上，但受到一些激發(fā)的時(shí)候，如熱、光照、電激發(fā)等，部分自由電子可以跑到導(dǎo)帶上去，顯示出導(dǎo)電的性質(zhì)，所以稱為半導(dǎo)體。施主能級(jí)雜質(zhì)能級(jí)要么距離導(dǎo)帶很近（如磷），是提供電子的；受主能級(jí)要么距離價(jià)帶很近（如硼），是接受電子的。第二章N型硅： 摻入V族元素-磷P、砷As、銻SbP型硅： 摻入 III族元素鎵Ga、硼B(yǎng)摻雜：改變材料電學(xué)性質(zhì)、制作PN結(jié)、

4、集成電路的電阻器、互聯(lián)線的目的。摻雜的主要形式：注入和擴(kuò)散 退火：（熱處理）集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過(guò)程。目的：1.激活雜質(zhì)2.消除損傷3.結(jié)構(gòu)釋放后消除殘余應(yīng)力退火方式：1.爐退火2.快速退火缺點(diǎn)：清除缺陷不完全，注入雜質(zhì)激活不高，退火溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致雜質(zhì)再分布?？焖偻嘶饍?yōu)點(diǎn)：先熔化、再結(jié)晶、時(shí)間快，雜質(zhì)束不及擴(kuò)散擴(kuò)散：在一定溫度下雜質(zhì)原子具有一定能量，能夠克服阻力進(jìn)入半導(dǎo)體并在其中做緩慢的遷移運(yùn)動(dòng)。形式：替代式擴(kuò)散和間隙式擴(kuò)散 恒定表面濃度擴(kuò)散和再分布擴(kuò)散F=D F 為摻入量 D 為擴(kuò)散率 N每單位體積中摻入濃度擴(kuò)散方式：氣態(tài)源擴(kuò)散、液態(tài)源擴(kuò)散、固態(tài)源擴(kuò)散擴(kuò)

5、散源擴(kuò)散系統(tǒng)擴(kuò)散工藝影響因素硼B(yǎng)硼酸三甲酯，硼酸三丙酯N2氣源、純化、擴(kuò)散源、擴(kuò)散爐預(yù)沉積，去BSG，再分布?xì)怏w流量、雜質(zhì)源、溫度磷PPOCl3，PCl3，PBr3O2和N2氣源、純化、擴(kuò)散源、源冷卻系統(tǒng)、擴(kuò)散爐預(yù)沉積，去PSG，再分布擴(kuò)散工藝主要參數(shù)：1.結(jié)深：結(jié)距擴(kuò)散表面的距離叫結(jié)深。2.薄層電阻3.表面濃度：擴(kuò)散層表面的雜質(zhì)濃度。.結(jié)深：濃度：（余誤差）費(fèi)克第一定律：（擴(kuò)散粒子流密度，D粒子的擴(kuò)散系數(shù)）雜質(zhì)擴(kuò)散方程（費(fèi)克第二定律）：費(fèi)克定律的分析解：1.恒定表面濃度擴(kuò)散，在整個(gè)過(guò)程中雜質(zhì)不斷進(jìn)入硅中，而表面雜質(zhì)濃度始終保持不變。余誤差： 特征擴(kuò)散長(zhǎng)度 2.結(jié)深：= 3.簡(jiǎn)單理論的修正：二

6、維擴(kuò)散（橫向擴(kuò)散）實(shí)際擴(kuò)散區(qū)域大于由掩膜版決定的尺寸，此效應(yīng)將直接影響到VLSI的集成度表面濃度的大小一般由擴(kuò)散形式、擴(kuò)散雜質(zhì)源、擴(kuò)散溫度和時(shí)間所決定。固態(tài)源擴(kuò)散：1.箱法B擴(kuò)散（B2O3或BN源，石英密封箱）2.片狀BN擴(kuò)散（氧氣活化，氮?dú)獗Ｗo(hù)，石英管和石英舟，預(yù)沉積和再分布）3.片狀P擴(kuò)散（擴(kuò)散源為偏磷酸鋁和焦磷酸硅）4.固-固擴(kuò)散（乳膠源擴(kuò)散）測(cè)結(jié)深：滾槽法、磨角法、斷面SEM法測(cè)薄層電阻：四探針?lè)ā⒎兜卤しs質(zhì)濃度分布的測(cè)量：電容法、擴(kuò)展電阻法、剝層法、掃描電容顯微法污染控制：顆粒、有機(jī)物、薄膜、金屬離子污染來(lái)源：操作者,清洗過(guò)程,高溫處理,工具參量控制：溫度，時(shí)間，氣體流量離子注入：

7、將摻雜劑通過(guò)離子注入機(jī)的離化、加速和質(zhì)量分析，成為一束由所需雜質(zhì)離子組成的高能離子流而投射入晶片（俗稱靶）內(nèi)部，并通過(guò)逐點(diǎn)掃描完成整塊晶片的注入。摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定與熱擴(kuò)散工藝相比有如下優(yōu)點(diǎn)：（）可在較低的溫度（低于750）下，將各種雜質(zhì)摻入到不同半導(dǎo)體中，避免了由于高溫處理而產(chǎn)生的不利影響。（）可精確控制能量和劑量，從而精確控制摻入基片內(nèi)雜質(zhì)的濃度、分布和注入深度。對(duì)淺結(jié)器件的研制更為有利。（）所摻雜質(zhì)是通過(guò)質(zhì)量分析器單一地分選出來(lái)后注入到半導(dǎo)體基片中去的，可避免混入其他雜質(zhì)。 (）摻雜均勻性好，電阻率均勻性可達(dá)1%。 (）純度高，

8、不受所用化學(xué)品純度影響。（）有可能發(fā)展成為無(wú)掩模摻雜技術(shù)特點(diǎn)：橫向效應(yīng)小，但結(jié)深淺；雜質(zhì)量可控；晶格缺陷多離子束用途：摻雜，曝光，刻蝕，鍍膜，退火，凈化，打孔，切割，改性離子源分類：等離子體型（有掩膜）；液態(tài)金屬（高亮度，小束斑）等離子體：電導(dǎo)率很高的流體電離方式：熱，光，電場(chǎng)加速基本原理：雜質(zhì)原子經(jīng)高能粒子轟擊離子化后經(jīng)電場(chǎng)加速轟擊硅片表面，形成注入層對(duì)液態(tài)金屬要求：Ga In Au Sn 1.不與容器鎢針?lè)磻?yīng) 2.均勻，充分，浸潤(rùn) 3.低熔點(diǎn)，低氣壓擴(kuò)散、注入對(duì)比 擴(kuò)散注入工藝溫度：高溫常溫濃度和分布控制：較精確 精確橫向擴(kuò)散：大 小晶格損傷：小 大工藝自由度：低 高工藝成本：低 高鎢針的

9、作用：形成電壓離子束加工方式：1.掩膜（投影）2.聚焦方式（掃描、聚焦離子束）聚焦方式的優(yōu)點(diǎn)：不用掩膜、圖形靈活 缺點(diǎn)：效率低離子注入步驟：避免溝道效應(yīng)的措施：提高樣品溫度注入損傷：與注入離子的劑量，能量，質(zhì)量，靶材料等有關(guān)。退火技術(shù)：消除注入損傷、實(shí)現(xiàn)電激活，分為熱退火和快速退火。熱退火（300-1200）注入離子濃度： 離子注入范圍，um 為分散度或離散度 Q離子束的劑量（原子數(shù)/）分布函數(shù)：離子注入優(yōu)點(diǎn)：1.可控性好；2.可以獲得任意的摻雜濃度分布；3.注入溫度低表面薄膜技術(shù)方式：氧化、淀積、外延、電鍍氧化：硅與氧化劑反應(yīng)生成二氧化硅。干氧：二氧化硅膜干燥致密，掩蔽能力強(qiáng)，與光刻膠粘附性

10、好，但氧化速度慢。（常用）濕氧：速度快，但二氧化硅疏松，與光刻膠粘附性不好，易脫落。二氧化硅膜的五種用途：a 雜質(zhì)擴(kuò)散掩蔽膜b 器件表面保護(hù)或鈍化膜c 電路隔離介質(zhì)或絕緣介質(zhì)d 電容介質(zhì)材料e MOS管的絕緣柵材料二氧化硅膜的性質(zhì)：1.二氧化硅膜的化學(xué)穩(wěn)定性極高，不溶于水，除氫氟酸外，和別的酸不起作用。利用這一性質(zhì)可作為優(yōu)質(zhì)的掩蔽膜2. 二氧化硅膜的掩蔽性質(zhì)B、P、As等雜質(zhì)在SiO2的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在Si中的擴(kuò)散系數(shù)。Dsi > >Dsio2，SiO2 膜要有足夠的厚度。一定的雜質(zhì)擴(kuò)散時(shí)間、擴(kuò)散溫度下，有一最小厚度3. 二氧化硅膜的絕緣性質(zhì)，熱擊穿、電擊穿、混合擊穿：a.最小擊穿

11、電場(chǎng)（非本征）針孔、裂縫、雜質(zhì)。b.最大擊穿電場(chǎng)（本征）厚度、導(dǎo)熱、界面態(tài)電荷等；氧化層越薄、擊穿電場(chǎng)越低。4. 介電常數(shù)34（3.9）硅基底上氧化層的生成量：短時(shí)間氧化：X=B/A(t+)長(zhǎng)時(shí)間氧化：X= X為硅基上氧化層的厚度 A和B為常數(shù) 可通過(guò)下式求得： D：硅的氧化系數(shù),Ks：表面反應(yīng)率常數(shù),N0：載體氣體中氧分子的濃度,N1：氧化中氧化物的數(shù)目對(duì)于線性斜率常數(shù)：對(duì)于拋物線斜率常數(shù)： (T=1000/T)第四章 光刻光刻是一種圖形復(fù)印和化學(xué)腐蝕相結(jié)合的精密表面加工技術(shù)三要素：光刻膠、掩膜版和光刻機(jī)重要性：是唯一不可缺少的工藝步驟，是一個(gè)復(fù)雜的工藝流程工藝過(guò)程：氣相成底膜、旋轉(zhuǎn)涂膠、軟

12、烘、對(duì)準(zhǔn)和曝光、曝光后烘焙、顯影、堅(jiān)膜烘焙、 顯影檢查（正膠：先后；負(fù)膠：先后）目的：在二氧化硅或金屬薄膜上面刻蝕出與掩膜版完全對(duì)應(yīng)的幾何圖形從而實(shí)現(xiàn)選擇性擴(kuò)散和金屬薄膜布線的目的。光刻膠要求：分辨高、對(duì)比度好、敏感度好、粘滯性好、粘附性好、抗蝕性好、顆粒小光刻膠成分：樹(shù)脂、感光劑、溶劑、添加劑正膠：曝光部分溶解負(fù)膠的粘附性和抗蝕性好，但分辨率低涂膠工藝：目的：在硅片上沉積一層均勻的光刻膠薄膜 方式：滴膠、勻膠（500700rpm）、旋轉(zhuǎn)（30005000） 要求：厚度1.0um，均勻性3%以內(nèi)對(duì)準(zhǔn)曝光：接觸式，接近式，投影式 目的：達(dá)到圖形精確轉(zhuǎn)移軟烘目的：去除光刻膠中的溶劑，改善膠的粘附性

13、，優(yōu)化膠的光吸收特性和顯影能力，緩解 涂膠時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，防止曝光時(shí)揮發(fā)污染設(shè)備。軟烘不當(dāng)?shù)暮蠊麥囟冗^(guò)高時(shí)間過(guò)長(zhǎng)：光刻膠光敏感度降低；相反刻膠顯影選擇比下降曝光后烘培目的：促進(jìn)關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)，去除溶劑增強(qiáng)粘附性，防止產(chǎn)生駐波效應(yīng)， 方法：熱板，溫度高于軟烘顯影目的：溶解硅片上曝光區(qū)域的膠膜，形成精密的光刻膠圖形。 方法：正膠顯影液： 2.38% 的四甲基氫氧化銨（TMAH）特點(diǎn)：堿性、水性顯影液、輕度腐蝕硅 顯影后用去離子水洗，N2吹干 堅(jiān)膜烘培目的：使存留在光刻膠中的溶劑徹底揮發(fā)，提高光刻膠的粘附性和抗蝕性。 穩(wěn)固光刻膠，對(duì)下一步的刻蝕或離子注入過(guò)程非常重要。 方法：熱板，溫度高于前兩次烘焙顯影

14、檢查常見(jiàn)問(wèn)題：底部切入、底部站腳、頂部變圓、T型頂、側(cè)墻角、倒膠數(shù)值孔徑：分辨率：是光刻中的一個(gè)重要性能指標(biāo) k工藝因子 光源波長(zhǎng) 曝光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑提高分辨率的方法：減小工藝因子k：先進(jìn)曝光技術(shù)；減小光源的波長(zhǎng)：汞燈à準(zhǔn)分子激光（等離子體）；增大介質(zhì)折射率：浸入式曝光；增大m：增大透鏡半徑、減小焦距焦深：第5章 真空真空的分類：人為真空，自然真空真空區(qū)域的劃分：粗真空：1×105 1×102 Pa 低真空： 1×102 1×101 Pa。 高真空：1×101 1×106 Pa 超高真空：< 1×106 Pa

15、。真空泵的分類： 哪些工藝或器件需要真空：薄膜建設(shè)、電鏡真空系統(tǒng)：真空泵、真空室、控制系統(tǒng)、真空計(jì)參數(shù)：極限真空、抽氣速率真空的測(cè)量：第六章 刻蝕刻蝕：通過(guò)物理和/或化學(xué)方法將下層材料中沒(méi)有被上層掩蔽膜材料掩蔽的部分去掉， 從而 在下層材料上獲得與掩蔽膜圖形完全對(duì)應(yīng)的圖形。腐蝕因子：腐蝕深度與橫向腐蝕量之比分類：干法等離子體腐蝕和濕法腐蝕；各向同性刻蝕與各向異性刻蝕各向同性刻蝕：薄膜在各個(gè)方向上都受到同樣的刻蝕各向異性刻蝕：薄膜在各個(gè)方向上所受刻蝕不等刻蝕工藝的品質(zhì)因數(shù)：刻蝕速率、選擇比、鉆刻各向異性度：A=0, 各向同性刻蝕；A=1, 理想的各向異性 刻蝕；1>A>0 ，實(shí)際的各

16、向異性刻蝕濕法刻蝕干法刻蝕定義利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。利用刻蝕氣體輝光放電形成的等離子體進(jìn)行刻蝕優(yōu)點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本底，產(chǎn)量高，并且具有很好的刻蝕選擇比，重復(fù)性好。各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，細(xì)線條操作安全，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無(wú)化學(xué)廢液，處理過(guò)程未引入污染，潔凈度高。缺點(diǎn)各相同性的，鉆蝕嚴(yán)重，對(duì)圖形的控制性較差，安全性、潔凈性差。成本高，設(shè)備復(fù)雜。濕法刻蝕三個(gè)步驟：1）反應(yīng)物擴(kuò)散到被刻蝕的材料表面； 2）反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)； 3）反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，并隨溶液被排出影響干法刻蝕的因素：1.刻蝕氣體的種類、流

17、量及其配比2.射頻功率3.溫度4.負(fù)載效應(yīng)刻蝕速率：R = R0exp(-Ea/kT) R0是與刻蝕液濃度有關(guān)的常數(shù)；Ea是化學(xué)反應(yīng)的激活能， 它與被刻蝕物種類、雜質(zhì)含量有關(guān)。速率控制方法：a. 刻蝕溶液的種類b. 溶液的濃度c. 反應(yīng)溫度d. 攪拌干法刻蝕分類：物理性、化學(xué)性、物理化學(xué)性刻蝕。離子轟擊的作用：1.將被刻蝕材料表面的原子鍵破壞；2. 將再淀積于被刻蝕表面的產(chǎn)物或聚合物打掉，使被刻蝕表面能再與刻蝕氣體接觸；高密度低壓等離子體(HDP)刻蝕機(jī)優(yōu)點(diǎn)：刻蝕速度高；損傷??；選擇比好；各向異性強(qiáng)；缺點(diǎn)：高的離子流量容易對(duì)浮空結(jié)構(gòu)（尤其是MOS管中的柵）充電，可能會(huì)在柵絕緣中導(dǎo) 致過(guò)多的漏電

18、。物理性刻蝕化學(xué)性刻蝕物理化學(xué)性刻蝕機(jī)理利用輝光放電將惰性氣體解離成帶正電的離子，再利用偏壓將離子加速，轟擊被刻蝕物的表面，并將被刻蝕物材料的原子擊出。自由電子射頻電場(chǎng)作用下加速碰撞電離出離子二次電子離子與電子復(fù)合復(fù)合與電離平衡輝光放電產(chǎn)生自由基自由基與被刻蝕材料反應(yīng)離子轟擊被刻蝕材料揮發(fā)物抽走。物理性的離子轟擊和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的刻蝕。設(shè)備離子銑（真空度10-310-5 Torr）高壓等離子體刻蝕機(jī)（真空度10210-1 Torr）反應(yīng)離子刻蝕(RIE)(真空度10-110-2 Torr)特點(diǎn)1.純粹的機(jī)械過(guò)程，對(duì)所有材料都可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)的各向異性刻蝕2選擇性差3. 刻出物易再淀積；4.易對(duì)下面

19、結(jié)構(gòu)造成損傷；5.單片刻蝕。a. 主要依靠化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕，選擇性好；b. 離子的能量很小，各向異性差；c. 對(duì)基底的損傷??；d. 刻蝕速度低。1. 選擇比較高；2. 各向異性較好;3.刻蝕速度較快濕法刻蝕干法刻蝕SiO2SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2OSi硝酸、氫氟酸與醋酸的混合液CF4+Si-SiF4+CSi3N4磷酸溶液鋁磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液去膠：(1)SiO2、氮化硅、多晶硅等襯底，可以用硫酸與過(guò)氧化氫的3：1的混合液去膠。 (2) Al襯底用發(fā)煙硝酸去膠。 (3)等離子體去膠。刻蝕機(jī)理：化學(xué)刻蝕與中性物種有關(guān)。 物理刻蝕與離子性物種有關(guān)。 物理化學(xué)刻蝕與

20、上述二者的協(xié)同作用有關(guān)第7章 薄膜技術(shù)薄膜技術(shù)是制作元器件、電子回路、集成電路的基礎(chǔ)。主要淀積方式：化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積化學(xué)氣相淀積技術(shù)（CVD）：使用加熱、等離子體和紫外線等各種能源，使氣態(tài)物質(zhì)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)（熱解或化學(xué)合成），形成固態(tài)物質(zhì)淀積在襯底上。相對(duì)的蒸發(fā)和濺射為物理氣相淀積。特點(diǎn)：溫度低、均勻性好、通用性好、臺(tái)階覆蓋性能好，適合大批量生產(chǎn)。單晶 (外延）、多晶、非晶（無(wú)定型）薄膜半導(dǎo)體、介質(zhì)、金屬薄膜常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD），低壓CVD (LPCVD)，等離子體增強(qiáng)淀積（PECVD）等CVD反應(yīng)必須滿足三個(gè)揮發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)：1.在淀積溫度下,反應(yīng)劑必須具備足夠高的蒸汽壓 2.除淀

21、積物質(zhì)外,反應(yīng)產(chǎn)物必須是揮發(fā)性的 3.淀積物本身必須具有足夠低的蒸氣壓1.熱分解反應(yīng)SiH4 (氣) Si (固) + 2H2 (氣)2.還原反應(yīng)SiCl2(氣) + 2H2 (氣) Si (固) + 4HCl (氣) 3.氧化反應(yīng)-制備氧化物SiH4(氣) + O2(氣) SiO2(固) + 2H2(氣)4.氮化或碳化反應(yīng)-制備氮化物和碳化物3SiH4(氣) + 4NH3(氣) Si3N4(固) + 12H2(氣)3TiCl4(氣) + CH4(氣) TiC(固) + 4HCl(氣)5.化合反應(yīng)-化合物制備Ga(CH3)2(氣) + AsH3(氣) GaAs(固) + 3CH4(氣) 特點(diǎn)：

22、溫度低、均勻性好、通用性好、臺(tái)階覆蓋性能好，適合大批量生產(chǎn)。化學(xué)氣相沉積的優(yōu)點(diǎn)：可以準(zhǔn)確控制薄膜的組分及摻雜水平使其組分具有理想化學(xué)配比；可在復(fù)雜形狀的基片上沉積成膜；由于許多反應(yīng)可在大氣壓下進(jìn)行，系統(tǒng)不需要昂貴的真空設(shè)備；高沉積溫度會(huì)大幅度改善晶體的完整性；可以利用某些材料在熔點(diǎn)或蒸發(fā)時(shí)分解的特點(diǎn)而得到其他方法無(wú)法得到的材料；沉積過(guò)程可以在大尺寸基片或多基片上進(jìn)行。缺點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)需要高溫；反應(yīng)氣體會(huì)與基片或設(shè)備發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；在化學(xué)氣相沉積中所使 用的設(shè)備可能較為復(fù)雜，且有許多變量需要控制。CVD工藝特點(diǎn)：（1）CVD成膜溫度遠(yuǎn)低于體材料的熔點(diǎn)或軟點(diǎn)。因此減輕了襯底片的熱形變，減少了玷污，抑制

23、了缺陷生成; 設(shè)備簡(jiǎn)單，重復(fù)性好；（2）薄膜的成分精確可控、配比范圍大；（3）淀積速率一般高于PVD（物理氣相淀積，如蒸發(fā)、濺射等）；厚度范圍廣，由幾百埃至數(shù)毫米。且能大量生產(chǎn)；（4）淀積膜結(jié)構(gòu)完整、致密，與襯底粘附性好。LPCVD：成本低，均勻性好，臺(tái)階覆蓋好，片子干凈PECVD：溫度低，易于腐蝕，針孔密度小系統(tǒng)：氣體輸入：正硅酸乙酯，硅烷和氨氣，硅烷激活能源：電阻加熱（熱壁），射頻或紫外光 （冷壁）氣體排出：氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)旋轉(zhuǎn)裝置：保證均勻性CVD工藝壓強(qiáng)/溫度通常的淀積速率10-10米/分優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用APCVD10010kPa350400SiO2：700簡(jiǎn)單、高速、低溫覆蓋度較差微粒污染

24、摻雜或非摻雜氧化物L(fēng)PCVD18汞柱550900SiO2：50180Si3N4 ：3080多晶硅：3080純度高和均勻性高，晶片容量大溫度高高淀積速率摻雜或非摻雜氧化物、氮化物、晶體硅、鎢PECVD0.25汞柱300400Si3N4： 300350較低的襯底溫度快、好的附著性易受化學(xué)污染在金屬上和鈍化物的低溫絕緣體電鍍:通過(guò)電流在導(dǎo)電液中的流動(dòng)而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),最終在陰極上沉積某一物質(zhì)的過(guò)程。電鍍方法只適用于在導(dǎo)電的基片上沉積金屬或合金。最常用的金屬有14種: Al, As, Au, Cd, Co, Cu, Cr, Fe, Ni, Pb, Pt, Rh, Sn, Zn.優(yōu)點(diǎn):生長(zhǎng)速度快,基片形狀

25、可以是任意的.缺點(diǎn):生長(zhǎng)過(guò)程難以控制.化學(xué)鍍:不加任何電場(chǎng)，直接通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)薄膜沉積的方法。陽(yáng)極反應(yīng)沉積法又稱陽(yáng)極氧化法是通過(guò)陽(yáng)極反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的氧化物的沉積。主要用于金屬氧化 物涂層的制備.LB技術(shù):利用分子活性在氣液界面上形成凝結(jié)膜，將該膜逐次疊積在基片上形成分子層三種LB膜:X型-基片下沉;Y型-基片下沉和抽出;Z型-基片抽出.物理氣相沉積: 通過(guò)物理的方法使源材料發(fā)射氣相粒子然后沉積在基片表面的一種薄膜制 備技術(shù). 根據(jù)源材料粒子發(fā)射的方式分類：真空蒸發(fā)，濺射，離子束和離子輔助，外延生長(zhǎng)技術(shù)真空蒸發(fā)沉積優(yōu)點(diǎn)：薄膜具有簡(jiǎn)單便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特點(diǎn)， 缺點(diǎn)：是形成的薄膜與

26、基片結(jié)合較差，工藝重復(fù)性不好。步驟：1、蒸發(fā)源材料由凝聚相轉(zhuǎn)變成氣相； 2、在蒸發(fā)源與基片之間蒸發(fā)粒子的輸運(yùn)； 3、蒸發(fā)粒子到達(dá)基片后凝結(jié)、成核、長(zhǎng)大、成膜。真空蒸發(fā)系統(tǒng):真空室,蒸發(fā)源,基片蒸發(fā)方法：電阻加熱蒸發(fā)，閃爍蒸發(fā)法，電子束蒸發(fā)，激光蒸發(fā)，電弧蒸發(fā)，射頻加熱濺射：在某一溫度下,如果固體或液體受到適當(dāng)?shù)母吣茈x子的轟擊,那么固體或液體中的原子通過(guò)碰撞有可能獲得足夠的能量從表面逃逸。濺射是指具有足夠高能量的粒子轟擊固體表面使其中的原子發(fā)射出來(lái)。優(yōu)點(diǎn)：1、對(duì)于任何待鍍材料，只要能做成靶材，就可實(shí)現(xiàn)濺射；2、濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好；3、濺射所獲得的薄膜純度高，致密性好；4、濺射工藝可重

27、復(fù)性好，膜厚可控制，同時(shí)可以在大面積基片上獲得厚度均勻的薄膜。缺點(diǎn)：沉積速率低，基片會(huì)受到等離子體的輻照等作用而產(chǎn)生溫升。濺射參數(shù)：濺射閾值，濺射率，濺射粒子的速度和能量1.原子序數(shù)大的濺射原子逸出時(shí)能量較高，而原子序數(shù)小的濺射原子濺射逸出的速度較高。2.在相同的轟擊能量下，濺射原子逸出能量隨入射離子的質(zhì)量而線性增加。3.濺射原子平均逸出能量隨入射離子能量的增加而增大，擔(dān)當(dāng)入射離子能量達(dá)到某一較高值時(shí)，平均逸出能量趨于恒定。濺射原理：(a)濺射出來(lái)的粒子角分布取決于入射粒子的方向；（b)從單晶靶濺射出來(lái)的粒子顯示擇優(yōu)取向；(c)濺射率不僅取決于入射粒子的能量，也取決于其質(zhì)量。（d)濺射出來(lái)的粒

28、子的平均速率比熱蒸發(fā)粒子的平均速率高的多。濺射裝置分類：1. 直流濺射: 靶材是良導(dǎo)體. 2. 射頻濺射: 靶材可以是導(dǎo)體,半導(dǎo)體和絕緣體. 3. 磁控濺射: 通過(guò)磁場(chǎng)約束電子的運(yùn)動(dòng)以增強(qiáng)電子對(duì)工作氣體的電離效率。 4.離子束濺射離子束濺射：在離子束濺射沉積中，在離子源中產(chǎn)生的離子束通過(guò)引出電壓被引入到真空室， 直接達(dá)到靶上并將靶材原子濺射出來(lái)，最終沉積在附近的基片上。優(yōu)點(diǎn)：1.離子束窄能量分布使得濺射率可以作為離子能量的函數(shù).2.離子束可以精確聚焦和掃描.3.離子束能量和電流的可控性.缺點(diǎn)：濺射面太小導(dǎo)致沉積速率過(guò)低.離子(束)輔助沉積:離子(束)參與蒸發(fā)或?yàn)R射粒子的輸運(yùn)和沉積過(guò)程的物理氣相

29、沉積.離子(束)輔助沉積主要優(yōu)點(diǎn)：1.所制備薄膜與基片結(jié)合好；2.沉積率高.1.離子轟擊導(dǎo)致基片表面雜質(zhì)吸附的脫附和濺射.可以用于基片清洗.2.離子轟擊導(dǎo)致薄膜表層原子的混合,提高薄膜與基片的結(jié)合力.3.離子轟擊導(dǎo)致表面擴(kuò)散的增強(qiáng),提高生長(zhǎng)面的均勻性.離子與基片表面的相互作用:1.離子轟擊導(dǎo)致基片表面雜質(zhì)吸附的脫附和濺射.可以用于基片清洗.2.離子轟擊導(dǎo)致薄膜表層原子的混合,提高薄膜與基片的結(jié)合力.3.離子轟擊導(dǎo)致表面擴(kuò)散的增強(qiáng),提高生長(zhǎng)面的均勻性.等離子體濺射特點(diǎn)：真空度要求低，淀積膜厚度容易控制，金屬膜的純度高。高頻濺射特點(diǎn)：（10MHz）不需要熱陰極，能在較低的氣壓和電壓下進(jìn)行濺射，可以

30、濺射多種材料的絕緣介質(zhì)膜。磁控濺射特點(diǎn)：可濺射各種合金和難熔金屬；襯底可不加熱，從陰極表面發(fā)射的二次電子由于受到磁場(chǎng)的束縛而不再轟擊硅片，避免了硅片的溫升及器件特性的退化。外延沉積：在單晶體基底生長(zhǎng)同樣單晶體材料的薄膜 。特點(diǎn)：1.由于系統(tǒng)是超高真空，因此雜質(zhì)氣體不易進(jìn)入薄膜，薄膜的純度高； 2.外延生長(zhǎng)一般可在低溫下進(jìn)行； 3.可嚴(yán)格控制薄膜成分及摻雜濃度； 4.對(duì)薄膜進(jìn)行原位檢測(cè)分析，從而可以嚴(yán)格控制薄膜的生長(zhǎng)及結(jié)構(gòu)。外延沉積技術(shù)：1.氣相外延(VPE)2.分子束外延(MBE)3.金屬有機(jī)物CVD(MOCVD)4.互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)外延同質(zhì)外延:生長(zhǎng)外延層和襯底是同一種材料異

31、質(zhì)外延:外延生長(zhǎng)的薄膜材料和襯底材料不同，或者說(shuō)生長(zhǎng)化學(xué)組分、甚至是物理結(jié)構(gòu)和襯底完全不同的外延層.外延層中的缺陷有表面缺陷和內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)缺陷。表面缺陷：云霧狀表面、角錐體、表面突 起、劃痕、星狀體、麻坑等。體內(nèi)缺陷：層錯(cuò)、位錯(cuò)檢測(cè)內(nèi)容：鏡檢、晶格完好性、電阻率均勻性、摻雜濃度、分布是否滿足要求薄膜形成的基本過(guò)程：一.成核1.物理(化學(xué))吸附產(chǎn)生表面吸附原子; 2.表面熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生吸附原子聚集; 3.表面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致成核發(fā)生. 二.生長(zhǎng)1.晶核的長(zhǎng)大;2.晶核的合并;3.連續(xù)膜的形成.薄膜表征：薄膜厚度控制及測(cè)量、組分表征、薄膜的結(jié)構(gòu)表征、原子化學(xué)鍵合表征、薄膜應(yīng) 力表征 氣相密度測(cè)量 平衡方法

32、沉積率和厚度監(jiān)測(cè)儀 振動(dòng)石英方法 光學(xué)監(jiān)測(cè) 光學(xué)膜厚度確定膜厚度測(cè)量 X射線干涉儀 探針?lè)?X射線衍射(XRD) 低能電子衍射(LEED)薄膜結(jié)構(gòu)表征手段 掠入射角XRD 透射電鏡(TEM)中的選區(qū)電 子衍射(SAD) 電子能量損失譜(EELS) 擴(kuò)展X射線吸收原子化學(xué)鍵合表征手段 紅外吸收譜 拉曼散射譜金屬化：蒸發(fā)和濺射是制備金屬結(jié)構(gòu)層和電極的主要方法。是物理氣相淀積的方法。金屬材料的要求：1.良好的導(dǎo)電性2.容易形成良好的歐姆接觸3.與硅和二氧化硅粘附性好4.能用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法形成薄膜5.易于光刻，實(shí)現(xiàn)圖形化常用金屬材料：Al, Au, Ag, Pt, W, Mo, Cr, Ti集成電路

33、對(duì)金屬化的要求：1.對(duì)P+或N+形成歐姆接觸,硅/金屬接觸電阻越小越好，良好的導(dǎo)電性2.低阻互連線,引線電阻越小越好3.抗遷徙4.良好的附著性5.耐腐蝕6.易于淀積和光刻7.易鍵合8.層與層之間不擴(kuò)散蒸發(fā)：將制膜材料和被制膜基板在真空室中加熱到相當(dāng)高的溫度，使之蒸發(fā)或升華形成金屬蒸汽，在硅片表面淀積形成金屬薄膜的工藝。分類：電阻、高頻、激光、電子束加熱電子束蒸發(fā)原理：利用經(jīng)過(guò)高壓加速并聚焦的電子束，在真空中直接打到源表面，將源蒸發(fā)并淀積到襯底表面形成薄膜。設(shè)備：偏轉(zhuǎn)電子槍真空鍍膜機(jī)優(yōu)點(diǎn)：1.淀積的Al膜純度高，鈉離子玷污少2.臺(tái)階覆蓋性能好3.采用紅外線加熱襯底，工作效率高缺點(diǎn)：1.X射線破壞

34、硅表面晶體2.壓力大于10²Pa時(shí)會(huì)引起放電。蒸發(fā)濺射沉積速度較快較慢（磁控除外）膜的致密性很好更好膜與基板結(jié)合力較差牢固膜中含氣量很少較多膜材選擇性各材蒸汽壓相差大各材濺射率相差小操作要求操作要求較高，工藝重復(fù)性差工藝重復(fù)性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化合金化目的：使接觸孔中的鋁與硅之間形成低歐姆接觸，并增加鋁與二氧化硅之間的附著力，使互連線和壓焊點(diǎn)牢固的固定在硅片上。關(guān)鍵：合金溫度和合金時(shí)間的控制。清洗：除去器件制造過(guò)程中偶然引入的“表面玷污”雜質(zhì)（來(lái)自加工過(guò)程或清洗），如顆粒、雜質(zhì)膜、物理吸附或化學(xué)吸附等。清洗是一個(gè)必需的復(fù)雜的工藝過(guò)程。清洗過(guò)程必須遵循固定的程序和順序。硅片的清洗：原始硅片、工藝環(huán)節(jié)前、甩膠前、去膠后等；有機(jī)溶劑：去除有機(jī)雜質(zhì)（油脂、蠟等），常用甲苯、丙酮