硅集成電路工藝基礎(chǔ)復(fù)習(xí)樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除。硅集成電路工藝基礎(chǔ)緒論:單項(xiàng)工藝的分類:圖形轉(zhuǎn)換:光刻、刻蝕摻雜:擴(kuò)散、離子注入制膜:氧化、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積第2章氧化SiO2的作用:1、在MOS電路中作為MOS器件的絕緣柵介質(zhì),作為器件的組成部分2、作為集成電路的隔離介質(zhì)材料3、作為電容器的絕緣介質(zhì)材料4、作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料5、作為對器件和電路進(jìn)行鈍化的鈍化層材料6、擴(kuò)散時的掩蔽層,離子注入的(有時與光刻膠、Si3N4層一起使用)阻擋層熱氧化方法制備的SiO2是無定形制備二氧化硅的方法:熱分解淀積法、濺射法、真空蒸發(fā)法、陽極氧化法、化學(xué)氣相淀積法、熱氧化法;熱氧化法制備的SiO2具有很高的重復(fù)性和化學(xué)穩(wěn)定性,其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)不太受濕度和中等熱處理溫度的影響。SiO2的主要性質(zhì):密度:表征致密程度折射率:表征光學(xué)性質(zhì)密度較大的SiO2具有較大的折射率波長為5500A左右時,SiO2的折射率約為1.46電阻率:與制備方法及所含雜質(zhì)數(shù)量等因素有關(guān),高溫干氧氧化制備的電阻率達(dá)1016Ω·cm介電強(qiáng)度:單位厚度的絕緣材料所能承受的擊穿電壓大小與致密程度、均勻性、雜質(zhì)含量有關(guān)一般為106~107V/cm(10－1~1V/nm)介電常數(shù):表征電容性能(SiO2的相對介電常數(shù)為3.9)腐蝕:化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,只與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)還可與強(qiáng)堿緩慢反應(yīng)薄膜應(yīng)力為壓應(yīng)力晶體和無定形的區(qū)別:橋鍵氧和非橋鍵氧橋聯(lián)氧:與兩個相鄰的Si-O四面體中心的硅原子形成共價鍵的氧非橋聯(lián)氧:只與一個Si-O四面體中心的硅原子形成共價鍵的氧非橋聯(lián)氧越多,無定型的程度越大,無序程度越大,密度越小,折射率越小無定形SiO2的強(qiáng)度:橋鍵氧數(shù)目與非橋鍵氧數(shù)目之比的函數(shù)結(jié)晶態(tài)和無定形態(tài)區(qū)分——非橋聯(lián)氧是否存在雜質(zhì)分類:網(wǎng)絡(luò)形成者和網(wǎng)絡(luò)改變者網(wǎng)絡(luò)形成者:能夠替代SiO2網(wǎng)絡(luò)中硅的雜質(zhì),即能代替Si－O四面體中心的硅、并能與氧形成網(wǎng)絡(luò)的雜質(zhì)網(wǎng)絡(luò)改變者:存在于SiO2網(wǎng)絡(luò)間隙中的雜質(zhì)SiO2作為掩蔽層對硼、磷有效,對鈉離子無效B、P、As等常見雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小,SiO2對這類雜質(zhì)能夠起掩蔽作用Ga、某些堿金屬(Na)的擴(kuò)散系數(shù)大,SiO2對這類雜質(zhì)就起不到掩蔽作用Si熱氧化生長SiO2的計算:無定形SiO2的分子密度:硅晶體的原子密度:干氧、水汽和濕氧。實(shí)際生產(chǎn)采用干氧-濕氧-干氧的方式1、干氧氧化①氧化劑:干燥氧氣②反應(yīng)溫度:900~1200℃干氧氧化制備的SiO2的特點(diǎn):①結(jié)構(gòu)致密、干燥、均勻性和重復(fù)性好②與光刻膠粘附性好,掩蔽能力強(qiáng)。③生長速度非常慢干氧氧化的應(yīng)用:MOS晶體管的柵氧化層水汽氧化反應(yīng)條件:①氧化劑:高純水產(chǎn)生的蒸汽②反應(yīng)溫度:高溫水汽氧化制備的SiO2的特點(diǎn):①SiO2生長速率快②結(jié)構(gòu)粗糙3、濕氧氧化反應(yīng)條件:氧化劑:高純水(95℃左右)+氧氣特點(diǎn):①生長速率較高②SiO2結(jié)構(gòu)略粗糙4、三種氧化法比較干氧氧化:結(jié)構(gòu)致密但氧化速率極低濕氧氧化:氧化速率高但結(jié)構(gòu)略粗糙,制備厚二氧化硅薄膜水汽氧化:結(jié)構(gòu)粗糙——不可取熱氧化的過程(D-G模型)①氧化劑從氣體內(nèi)部以擴(kuò)散形式穿過附面層運(yùn)動到氣體—SiO2界面,其流密度用F1表示。流密度定義為單位時間經(jīng)過單位面積的粒子數(shù)。②氧化劑以擴(kuò)散方式穿過SiO2層(忽略漂移的影響),到達(dá)SiO2－Si界面,其流密度用F2表示。③氧化劑在Si表面與Si反應(yīng)生成SiO2,其流密度用F3表示。④反應(yīng)的副產(chǎn)物離開界面。D-G模型適用氧化層厚度:30nm熱氧化存在兩種極限情況當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)很小時,則,。在這種極限情況下,SiO2的生長速率主要由氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散速度所決定,故稱這種極限情況為擴(kuò)散控制。當(dāng)氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散系數(shù)很大,則。在這種極限情況下,SiO2生長速率由Si表面的化學(xué)反應(yīng)速度控制,故稱這種極限情況為反應(yīng)控制。決定氧化速率常數(shù)的因素:氧化劑分壓、氧化溫度1、氧化劑分壓經(jīng)過對產(chǎn)生影響,與成正比關(guān)系氧化溫度溫度對拋物型速率常數(shù)的影響是經(jīng)過影響產(chǎn)生的,溫度對線性速率常數(shù)的影響是經(jīng)過影響產(chǎn)生的分凝系數(shù),圖2.21分凝系數(shù):摻有雜質(zhì)的硅在熱氧化過程中,在Si—SiO2界面上的平衡雜質(zhì)濃度之比(a)當(dāng),在SiO2中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì),也就是說在分凝過程中雜質(zhì)經(jīng)過SiO2表面損失的很少,硼就屬于這類。再分布之后靠近界面處的SiO2中的雜質(zhì)濃度比硅中高,硅表面附近的濃度下降。(b)當(dāng),在SiO2中是快擴(kuò)散的雜質(zhì)。因?yàn)榇罅康碾s質(zhì)經(jīng)過SiO2表面跑到氣體中去,雜質(zhì)損失非常厲害,使SiO2中雜質(zhì)濃度比較低,硅表面的雜質(zhì)濃度幾乎降到零。H2氣氛中的B就屬于這種情況。(c)當(dāng),在SiO2中是慢擴(kuò)散的雜質(zhì),再分布之后硅表面的濃度升高。P磷就屬于這種雜質(zhì)。(d)當(dāng),在SiO2中是快擴(kuò)散的雜質(zhì),分凝過程中雜質(zhì)經(jīng)過SiO2表面損失的厲害,最終使硅表面附近的雜質(zhì)濃度比體內(nèi)還要低。Ga鎵就屬于這種類型的雜質(zhì)。Si-SiO2界面存在四種電荷Si-SiO2界面電荷類型:可動離子電荷界面陷阱電荷氧化層固定電荷氧化層陷阱電荷擴(kuò)散擴(kuò)散機(jī)構(gòu):間隙式和替位式間隙式擴(kuò)散:①定義:間隙式雜質(zhì)從一個間隙位置到另一個間隙位置的運(yùn)動②雜質(zhì):Na、K、Fe、Cu、Au等元素③間隙雜質(zhì)在間隙位置上的勢能相對極小,相鄰兩間隙位置之間,對間隙雜質(zhì)來說是勢能極大位置。勢壘高度:④主要與晶格結(jié)構(gòu)與晶向有關(guān),原子密度越大,間隙越小,就越大⑤運(yùn)動條件:跳躍率:2、替位式擴(kuò)散:①定義:替位式雜質(zhì)從一個替位位置到另一個替位位置的運(yùn)動(a)直接交換(b)空位交換(主要)②雜質(zhì):III、Ⅴ族元素③對替位雜質(zhì)來說,在晶格位置上勢能相對最低,而間隙處是勢能最高位置。勢壘高度:④運(yùn)動條件:,平衡時單位體積的空位數(shù)為,每個格點(diǎn)上出現(xiàn)空位的幾率為,擴(kuò)散方式:恒定表面源和有限表面源(定義和雜質(zhì)分布形式)恒定表面源擴(kuò)散①定義:在整個擴(kuò)散過程中,硅片表面的雜質(zhì)濃度始終不變的擴(kuò)散②邊界條件和初始條件:③恒定表面源擴(kuò)散的雜質(zhì)分布:④雜質(zhì)分布形式特點(diǎn):在表面濃度一定的情況下,擴(kuò)散時間越長,雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深,擴(kuò)到硅內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量也就越多。擴(kuò)到硅內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量可用高為,底為的三角形近似;表面濃度由雜質(zhì)在擴(kuò)散溫度下的固溶度所決定。而在內(nèi),固溶度變化不大,可見很難經(jīng)過改變溫度來控制2、有限表面源擴(kuò)散①定義:擴(kuò)散之前在硅片表面淀積一層雜質(zhì),在整個擴(kuò)散過程中這層雜質(zhì)作為擴(kuò)散的雜質(zhì)源,不再有新源補(bǔ)充②初始條件和邊界條件:③雜質(zhì)分布形式特點(diǎn):當(dāng)擴(kuò)散溫度相同時,擴(kuò)散時間越長,雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深,表面濃度就越低。當(dāng)擴(kuò)散時間相同時,擴(kuò)散溫度越高,雜質(zhì)擴(kuò)散的就越深,表面濃度下降的也就越多擴(kuò)散過程中雜質(zhì)量不變實(shí)際生產(chǎn)中采用兩步擴(kuò)散(每一步的擴(kuò)散方式及作用)兩步擴(kuò)散:①預(yù)擴(kuò)散:在低溫下采用恒定表面源擴(kuò)散方式,控制擴(kuò)散雜質(zhì)的數(shù)量②主擴(kuò)散將由預(yù)擴(kuò)散引入的雜質(zhì)作為擴(kuò)散源,在較高溫度下進(jìn)行擴(kuò)散?？刂票砻鏉舛群蛿U(kuò)散深度③分布形式:影響雜質(zhì)分布的因素:橫向擴(kuò)散離子注入離子注入:最主要的摻雜工藝①離子注入是一種將帶電的且具有能量的粒子注入襯底硅的過程,注入能量介于到之間,注入深度平均可達(dá)。離子劑量變動范圍,從用于閾值電壓調(diào)整的到形成絕緣埋層的。相對于擴(kuò)散,它能更準(zhǔn)確地控制雜質(zhì)摻雜、可重復(fù)性和較低的工藝溫度。離子注入已成為VLSI制程上最主要的摻雜技術(shù)。一般CMOS制程,大約需要6~12個或更多的離子注入步驟。②應(yīng)用:隔離工序中防止寄生溝道用的溝道截斷調(diào)整閾值電壓用的溝道摻雜CMOS阱的形成淺結(jié)的制備離子注入的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):注入的離子純度高能夠精確控制摻雜原子數(shù)目溫度低:小于400℃摻雜深度可控非平衡過程,雜質(zhì)含量不受固溶度限制低溫注入,避免高溫擴(kuò)散所引起的熱缺陷橫向擴(kuò)散效應(yīng)比熱擴(kuò)散小得多離子經(jīng)過硅表面的薄膜注入,防止污染。能夠?qū)衔锇雽?dǎo)體進(jìn)行摻雜缺點(diǎn):產(chǎn)生的晶格損傷不易消除很難進(jìn)行很深或很淺的結(jié)的注入高劑量注入時產(chǎn)率低設(shè)備價格昂貴(約200萬美金)LSS理論:注入離子在靶內(nèi)的分布理論LSS理論認(rèn)為,注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個彼此獨(dú)立的過程:核碰撞(核阻止)和電子碰撞(電子阻止)不同能區(qū)的能量損失形式低能區(qū):以核碰撞為主中能區(qū):核碰撞、電子碰撞持平高能區(qū):以電子碰撞為主注入離子在無定形靶中的分布計算相同質(zhì)量且相同初時能量的離子在靶中有一定的空間分布,投影射程的統(tǒng)計漲落稱為投影偏差,沿著入射軸垂直方向上的統(tǒng)計漲落,稱為橫向偏差。縱向分布:一級近似下用高斯函數(shù)表示:橫向分布:高斯分布;橫向滲透遠(yuǎn)小于熱擴(kuò)散溝道效應(yīng)及避免的方法①定義:當(dāng)離子注入的方向與靶晶體的某個晶向平行時,一些離子將沿溝道運(yùn)動。溝道離子唯一的能量損失機(jī)制是電子阻止,因此注入離子的能量損失率就很低,故注入深度較大。②避免方法:a.傾斜樣品表面,晶體的主軸方向偏離注入方向,典型值為7°。b.先重轟擊晶格表面,形成無定型層在無定形靶運(yùn)動的離子由于碰撞方向不斷改變,因而也會有部分離子進(jìn)入溝道,但在溝道運(yùn)動過程中又有可能脫離溝道,故對注入離子峰值附近的分布并不會產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響c.表面長二氧化硅薄層注入離子造成的損傷①級聯(lián)碰撞②簡單晶格損傷孤立的點(diǎn)缺陷或缺陷群(注入離子每次傳遞給硅原子的能量約等于移位閾能)局部的非晶區(qū)域(單位體積的移位原子數(shù)目接近半導(dǎo)體的原子密度)③非晶層注入離子引起損傷的積累熱退火①定義:又叫熱處理,集成電路工藝中所有的在氮?dú)獾炔换顫姎夥罩羞M(jìn)行的熱處理過程都能夠稱為退火②作用激活雜質(zhì):使不在晶格位置上的離子運(yùn)動到晶格位置,以便具有電活性,產(chǎn)生自由載流子,起到雜質(zhì)的作用消除損傷③退火方式:爐退火快速退火:脈沖激光法、掃描電子束、連續(xù)波激光、非相干寬帶頻光源(如鹵光燈、電弧燈、石墨加熱器、紅外設(shè)備等)④快速熱退火a.傳統(tǒng)熱退火的缺點(diǎn)不能完全消除缺陷,產(chǎn)生二次缺陷高劑量注入時的電激活率不夠高高溫長時間熱退火會導(dǎo)致明顯的雜質(zhì)再分布b.快速退火技術(shù)在氮?dú)饣蚨栊詺怏w的氣氛下,極短的時間內(nèi),把晶片溫度提高到1000℃以上。C.快速熱退火作用:消除由注入所產(chǎn)生的晶格損傷恢復(fù)材料少子壽命和載流子遷移率雜質(zhì)激活物理氣相淀積兩種基本方法①物理氣相淀積定義:利用某種物理過程,例如蒸發(fā)或者濺射現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移,即原子或分子由源轉(zhuǎn)移到襯底表面上,并淀積成薄膜。②基本方法:蒸發(fā)(Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體)濺射蒸發(fā)和濺射各自的優(yōu)缺點(diǎn)真空蒸發(fā)法濺射蒸發(fā)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備簡單操作容易純度較高成膜快機(jī)理簡單適用于任何物質(zhì)不受蒸氣壓和膜成分限制靶材料與膜成分符合附著好臺階覆蓋較好較高的淀積速率薄膜純度高厚度控制精確生長機(jī)理簡單缺點(diǎn)附著力小工藝重復(fù)性差臺階覆蓋性差不適用多組分材料設(shè)備、操作較復(fù)雜臺階覆蓋能力差工藝重復(fù)性不好淀積多元化合金薄膜時組分難以控制濺射作為主流濺射方法:①直流濺射:淀積金屬薄膜②射頻濺射:適用于淀積各種金屬和非金屬薄膜③磁控濺射:磁控濺射為淀積速率比一般方法高一個數(shù)量級;工作氣壓低,薄膜質(zhì)量好。④反應(yīng)濺射:在淀積同時形成化合物⑤偏壓濺射:改進(jìn)濺射薄膜的組織結(jié)構(gòu)⑥接觸孔中薄膜的濺射淀積:(深寬比大于1)濺射原子離開靶面時遵守余弦分布,故濺射原子在襯底表面和接觸孔上表面的拐角處,沉積速率最高,側(cè)壁適中,底角最低?？刹捎脦?zhǔn)直器的濺射淀積方法(降低淀積速率,換準(zhǔn)直器增加了成本)長投準(zhǔn)直濺射技術(shù)化學(xué)氣相淀積Grove模型:兩個重要環(huán)節(jié)Grove模型認(rèn)為控制薄膜淀積速率的兩個重要環(huán)節(jié)是:其一是反應(yīng)劑在邊界層中的輸運(yùn)過程;其二是反應(yīng)劑在襯底表面上的化學(xué)反應(yīng)過程。淀積速率與反應(yīng)劑濃度或氣相中反應(yīng)劑的摩爾百分比成正比薄膜淀積速率(其中表示形成一個單位體積薄膜所需要的原子數(shù)量):結(jié)論:(1)淀積速率與(反應(yīng)劑的濃度)或者(反應(yīng)劑的摩爾百分比)成正比;(2)在或者為常數(shù)時,薄膜淀積速率將由和中較小的一個決定。質(zhì)量輸送控制和表面化學(xué)反應(yīng)控制決定的主要因素:溫度決定hg的主要因素:氣體流速,氣體成分,系統(tǒng)壓力因此為了保證統(tǒng)一的淀積速率,就必須:①對于表面反應(yīng)控制,保持處處恒定的溫度②對于質(zhì)量輸運(yùn)控制,保持處處恒定的反應(yīng)劑濃度熱壁和冷壁(冷壁的優(yōu)點(diǎn))熱壁系統(tǒng):冷壁系統(tǒng)::反應(yīng)室的側(cè)壁溫度:放置硅片的基座溫度冷壁系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn):能夠降低在側(cè)壁上的淀積,降低了壁上顆粒因剝離對淀積薄膜質(zhì)量的影響,也減小了反應(yīng)劑的損耗。CVD系統(tǒng)的分類:三種CVD系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對比優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)常壓化學(xué)氣相淀積(APCVD)操作簡單淀積速率高適合介質(zhì)薄膜的淀積易發(fā)生氣相反應(yīng)產(chǎn)生污染臺階覆蓋性和均勻性比較差低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)污染少均勻性和臺階覆蓋性較APCVD好對反應(yīng)室結(jié)構(gòu)要求低裝片量大相對低的淀積速率相對高的工作溫度等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)反應(yīng)溫度低附著性好良好的階梯覆蓋良好的電學(xué)特性能夠與精細(xì)圖形轉(zhuǎn)移工藝兼容薄膜應(yīng)力低主流工藝具備LPCVD的優(yōu)點(diǎn)①APCVD:質(zhì)量輸運(yùn)控制淀積速率,對反應(yīng)室結(jié)構(gòu)和氣流模式提出高的要求②LPCVD:表面反應(yīng)速率控制淀積速率③PECVD:表面反應(yīng)控制淀積速率氣缺現(xiàn)象及減輕方法(LPCVD)①氣缺現(xiàn)象:當(dāng)氣體反應(yīng)劑被消耗而出現(xiàn)的反應(yīng)劑濃度改變的現(xiàn)象對于只有一個入氣口的反應(yīng)室,情況比較嚴(yán)重。②措施:在水平方向上逐漸提高溫度來加快反應(yīng)速度,從而提高淀積速率采用分布式的氣體入口增加反應(yīng)室中的氣流速度多晶硅采用硅烷熱分解實(shí)現(xiàn)①多晶硅的優(yōu)點(diǎn):多晶硅與隨后的高溫?zé)崽幚砉に囉泻芎玫募嫒菪耘cAl柵相比,多晶硅與熱生長二氧化硅的接觸性能更好在陡峭的臺階上淀積多晶硅時能夠獲得很好的保形性②應(yīng)用:柵電極互聯(lián)引線③電學(xué)特性a.多晶硅的電阻率高于單晶硅的電阻率摻雜原子在熱處理過程中易到晶界處,不能有效的貢獻(xiàn)自由載流子晶界處的懸掛鍵俘獲自由載流子,由此降低載流子的濃度b.晶粒尺寸大的多晶硅的電阻率低④一般是用LPCVD,在580℃～650℃下熱分解硅烷實(shí)現(xiàn):多晶硅的摻雜技術(shù)①擴(kuò)散摻雜:在淀積完成之后在較高的溫度下進(jìn)行摻雜優(yōu)點(diǎn):能夠在多晶硅薄膜中摻入濃度很高的雜質(zhì)。同時完成摻雜和退火工藝缺點(diǎn):溫度較高、薄膜表面粗糙程度增加②離子注入:淀積后的離子注入和退火優(yōu)點(diǎn):可精確控制摻入雜質(zhì)的數(shù)量,適合于不需要太高摻雜的多晶硅薄膜特點(diǎn):形成的高摻雜多晶硅電阻率約為擴(kuò)散形成的電阻率的10倍③原位摻雜:邊淀積邊摻雜簡單,但薄膜厚度、摻雜均勻性及淀積速率會隨著摻雜氣體的加入變得復(fù)雜CVD和熱氧化SiO2的對比CVDSiO2的方法低溫CVDSiO2:低于500℃中溫LPCVDSiO2:500～800℃TEOS與臭氧混合源的SiO2淀積:低于500℃左右氮化硅的應(yīng)用應(yīng)用:①鈍化層和機(jī)械保護(hù)層鈉和水汽在氮化硅中的擴(kuò)散速度非常慢,即擁有很強(qiáng)的掩蔽能力②硅選擇性氧化的掩蔽膜氮化硅氧化速度非常慢(LOCOS工藝基于此)二氧化硅緩沖層③電容中的絕緣材料④作為MOSFETs的側(cè)墻用于LDD結(jié)構(gòu)的側(cè)墻淺溝隔離的CMP的停止層鎢的應(yīng)用①鎢栓塞(plug):CVD鎢比PVD鋁有更好的通孔填充能力②局部互連材料短程互聯(lián)(電導(dǎo)率較低)全局互聯(lián)(Al、Cu)③鎢廣泛用于互連的原因優(yōu)點(diǎn):體電阻率小(7～12uQ.cm)熱穩(wěn)定性好(熔點(diǎn)最高)應(yīng)力低,保形性好;抗電遷移能力和抗腐蝕性強(qiáng)缺點(diǎn):電阻率相對鋁高在氧化物和氮化物上附著力差鎢與硅在600℃以上接觸時,會形成鎢的硅化物④鎢的淀積方法覆蓋式(過程復(fù)雜,費(fèi)用高,但比較成熟)選擇式(存在問題,如選擇性差、橫向擴(kuò)展、空洞形成)第七章:光刻與刻蝕工藝ULSI中對光刻的基本要求①③高分辨率在集成電路工藝中,一般把線寬作為光刻水平的標(biāo)志,一般也能夠用加工圖形線寬的能力來代表集成電路的工藝水平。②高靈敏度的光刻膠光刻膠的靈敏度是指光刻膠的感光速度。為了提高產(chǎn)品的產(chǎn)量,曝光時間越短越好。確保光刻膠各項(xiàng)屬性均為優(yōu)異的前提下,提高光刻膠的靈敏度③低缺陷缺陷關(guān)系成品率④精密的套刻對準(zhǔn)集成電路芯片的制作需要經(jīng)過多次光刻,在各次曝光圖形之間要相互套準(zhǔn)。ULSI的圖形線寬在以下,一般采用自對準(zhǔn)技術(shù)。⑤大尺寸硅片上的加工ULSI的芯片尺寸為提高經(jīng)濟(jì)效益和硅片利用率光刻工藝流程①涂膠:在硅片表面形成厚度均勻、附著性強(qiáng)、而且沒有缺陷的光刻膠薄膜。②前烘:去除膠內(nèi)的溶劑,提高膠的粘附力提高膠的抗機(jī)械摩擦的能力減小高速旋轉(zhuǎn)形成的薄膜應(yīng)力③曝光:確定圖案的精確形狀和尺寸完成順序兩次光刻圖案的準(zhǔn)確套制④顯影:⑤堅(jiān)膜:去除光刻膠中剩余的溶劑,增強(qiáng)光刻膠對硅片表面的附著力提高光刻膠在刻蝕和離子注入過程中的抗蝕性和保護(hù)能力⑥刻蝕⑦去膠:經(jīng)過刻蝕或離子注入后,將光刻膠從表面除去⑧檢驗(yàn)SiO2表面是親水性的,光刻膠是疏水性的分辨率:每mm內(nèi)能刻蝕出可分辨的最多線條數(shù),是對光刻工藝中能夠達(dá)到的最小光刻圖形尺寸的一種描述光刻膠分為正膠和負(fù)膠主要有兩種光刻膠:正膠:曝光后顯影時曝光部分被溶解,而沒有曝光的部分留下來——鄰疊氮醌類負(fù)膠:曝光后顯影時沒有曝光部分被溶解,而曝光的部分留下來——聚乙烯醇肉桂酸酯和聚乙烯氧乙基肉桂酸酯實(shí)際工藝中正膠用的比較多,原因如下:a.分辨率高b.抗干法腐蝕的能力較強(qiáng)c.抗熱處理的能力強(qiáng)d.可用水溶液顯影,溶漲現(xiàn)象小e.可涂得較厚(2-3um)不影響分辨率,有較好臺階覆蓋性f.適合1:1及縮小的投影光刻負(fù)膠也有一些優(yōu)點(diǎn),如:粘附性好,抗?jié)穹ǜg能力強(qiáng)等對比度、光敏度和抗刻蝕能力①對比度:對比度會直接影響到曝光后光刻膠膜的傾角和線寬。光刻膠的對比度越高,光刻膠層的側(cè)面越陡,線寬描述掩模尺寸的準(zhǔn)確度就越高。且陡峭的光刻膠在干法刻蝕中能夠減小刻蝕過程中的鉆蝕效應(yīng),從而提高分辨率。②光敏度:指光刻膠完成所需圖形曝光的最小曝光劑量曝光劑量(mj/cm2)＝光強(qiáng)(單位面積的功率)×曝光時間光敏度由曝光效率決定曝光效率:參與光刻膠曝光的光子能量與進(jìn)入光刻膠中的光子能量的比值正膠比負(fù)膠有更高的曝光效率,故正膠的光敏度大,光敏度大可減小曝光時間③抗刻蝕能力圖形轉(zhuǎn)移時,光刻膠抵抗刻蝕的能力。光刻膠對濕法腐蝕有比較好的抗腐蝕能力,對大部分的干法刻蝕,光刻膠的抗刻蝕能力則比較差投影曝光的兩個突出優(yōu)點(diǎn),≤3um優(yōu)點(diǎn):樣品與掩膜版不接觸,避免缺陷產(chǎn)生掩膜板不易損壞,可仔細(xì)修整缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工藝要求高,產(chǎn)率低過刻蝕和選擇比計算濕法和干法刻蝕的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)濕法刻蝕(液態(tài)溶液,化學(xué)反應(yīng))工藝簡單選擇性好操作方便各向同性精細(xì)線條難以刻蝕大量的顆粒污染化學(xué)廢液干法刻蝕(等離子體,化學(xué)反應(yīng)＋物理濺射)較高的各向異性能形成更小的特征尺寸等離子體能夠容易的開始和結(jié)束溫度不敏感工藝重復(fù)性好更少的顆粒玷污很少的化學(xué)廢液選擇性比較差設(shè)備復(fù)雜三種干法刻蝕的對比①等離子刻蝕:化學(xué)反應(yīng),高速率,高選擇比,低缺陷,但各向同性②濺射刻蝕(粒子銑):物理濺射,各向異性,低選擇比,高缺陷③反應(yīng)粒子刻蝕:化學(xué)和物理雙重作用,各性能介于二者之間共同點(diǎn):都是利用低壓狀態(tài)下氣體放電來形成等離子體作為刻蝕基礎(chǔ)不同點(diǎn):刻蝕系統(tǒng)壓力:等反濺;溫度:等反濺;功率:反之;氣流等相關(guān)可控參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)干法刻蝕分辨率高各向異性腐蝕能力強(qiáng)均勻性重復(fù)性好便于連續(xù)自動操作成本高選擇比一般較低濕法刻蝕成本低廉選擇比高各向同性腐蝕速率難以控制金屬化與多層相連互連線延遲與RC鋁的優(yōu)點(diǎn),尖楔現(xiàn)象和電遷移及改進(jìn)方法①鋁作為互連金屬材料的優(yōu)點(diǎn):應(yīng)用最廣泛的互聯(lián)材料電阻率低,2.7uΩ?cm與n+和p+硅或多晶硅的歐姆接觸電阻低,10－6Ω/cm2與硅和磷硅玻璃的附著性很好易于淀積和刻蝕鋁作為互連金屬材料的缺點(diǎn):Al/Si接觸的尖楔現(xiàn)象在較大的電流密度下的電遷移現(xiàn)象②Al/Si接觸中的尖楔現(xiàn)象:硅向鋁中擴(kuò)散,同時鋁也向硅中擴(kuò)散,形成尖楔,可能會造成pn結(jié)失效Al/Si接觸的改進(jìn)方法:a.鋁-硅合金金屬化引線b.鋁-摻雜多晶硅雙層金屬化結(jié)構(gòu)c.鋁-阻擋層結(jié)構(gòu)d.其它方法減小鋁體積采用Al/阻擋層/Al-Si-Cu降低Si在Al中的擴(kuò)散系數(shù)③電遷移現(xiàn)象:在較高的電流密度作用下,互連引線中的金屬原子將會沿著電子運(yùn)動方向進(jìn)行遷移,這種現(xiàn)象就是電遷移(EM)。改進(jìn)電遷移的方法:a.結(jié)構(gòu)的選擇竹狀結(jié)構(gòu),晶粒間界垂直電流方向b.鋁-銅合金和鋁-硅-銅合金Al-Si(1%~2%)-Cu(4%)雜質(zhì)在鋁晶粒晶界分凝能夠降低鋁原子在鋁晶界的擴(kuò)散系數(shù)缺點(diǎn):增大了電阻率