集成电路制造工艺及设备课件.ppt

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1、集成电路制造工艺及设备复习1.高温氧化工艺1.1硅的热氧化硅的热氧化是指在高温下，硅片表面同氧气或水进行反应，生成SiO2。硅的热氧化有：干氧、湿氧、水汽氧化三种。如果氧化前已存在厚度为t0的氧化层，则（3-11）微分方程的解为：（tOX：是总的氧化层厚度）（4-12）式中在各种工艺条件下，参数A和B都是已知的，t是氧化时间。τ是一个时间参数，单位是小时（h）。（3-13）1.2硅热氧化的厚度计算3.2热氧化原理和方法O2扩散反应SiO2SiSi+O2=SiO2硅的热氧化分干氧和湿氧两种。干氧是在高温下氧分子与硅表面的原子反应生成SiO2。1.3不同的热氧化方式生长的SiO2膜性质比

2、较●干氧氧化的SiO2膜结构致密，干燥、均匀性和重复性好、掩蔽能力强、钝化效果好，与光刻胶的接触良好，光刻时不易浮胶。●水汽氧化的SiO2膜结构疏松，表面有斑点和缺陷，含水量多，对杂质的掩蔽能力差，所以在工艺中很少单独采用。●湿氧氧化生长的膜致密性略差于干氧生长的SiO2膜，但它具有生长速率快的优点，其掩蔽能力和钝化效果都能满足一般器件的要求。其缺点是表面有硅烷醇存在，使SiO2膜与光刻胶接触不良，光刻时容易浮胶。同时，湿氧氧化后的Si片表面存在较多的位错和腐蚀坑。在实际工艺应用中，生长高质量的几百Å的SiO2薄膜一般采用干氧的方式。SiO2薄膜厚度需要几千Å以上时，一般采用干氧—湿

3、氧—干氧的方式，既保证了所需的厚度，缩短了氧化时间，又改善了表面的完整性和解决了光刻时的浮胶问题。●热氧化生长的SiO2薄膜质量好，但是反应温度比较高。衬底只能用于单晶硅表面。●离子注入可以通过分别调节注入离子的能量、数量，精确地控制掺杂的深度和浓度，所以可以制备理想的杂质分布。离子注入的优点2.离子注入●扩散法掺杂时受到化学结合力、扩散系数及固溶度等方面的限制，而离子注入是一个物理过程，所以它可以注入各种元素。●扩散法是在高温下掺杂，离子注入法掺杂一般在室温下进行（也可以在加温或低温下进行）。●离子注入法可以做到高纯度的掺杂，避免有害物质进入硅片。●热扩散时只能采用SiO2等少数耐

4、高温的介质进行局部掺杂，但是离子注入法可以采用光刻胶作为掩蔽膜，进行局部注入掺杂。●热扩散时，杂质在纵向扩散的同时进行横向扩散，两者几乎一样，而离子注入的横向扩散很小。在离子注入机中，利用电流积分仪测量注入的离子总数N：式中：NS单位面积的注入剂量（个/cm2），S是扫描面积（cm2），q是一个离子的电荷（1.6×10-19库仑），Q是注入到靶中的总电荷量（库仑），i是注入的束流（安培），t是注入时间（秒）。电流积分仪（6-8）如果束流是稳定的电流I，则：（6-9）（6-10）其中：NS单位面积的注入剂量（个/cm2），S是扫描面积（cm2），q是一个离子的电荷（1.6×10-19库

5、仑），I是注入的束流（安培），t是注入时间（秒）。例题：如果注入剂量是5×1015，束流1mA，求注入一片6英寸硅片的时间t=（1.6×10-19×5×1015×3.14×7.52）/1×10-3=141秒根据公式（4-6）注入剂量、标准偏差和峰值浓度之间的近似关系：（6-14）对于原来原子排列有序的晶体，由于离子注入，在晶体中将大量产生缺陷，如空位等。对于高能、大剂量的重离子注入到硅单晶中，如As+，将使局部晶体变成非晶体。离子注入的损伤和退火效应注入的离子在硅单晶中往往处于间隙位置，一般不能提供导电性能，因此，必须要使注入的杂质原子转入替位位置以实现电激活。注入离子的激活离子注入

6、后的热退火高能粒子撞击硅片表面，造成晶格损伤，因此为了消除离子注入造成的损伤和激活注入的杂质离子，离子注入后必须要进行热退火。最常用的是在950℃高温炉中在氮气保护下，退火15～30分钟。热退火后对杂质分布将产生影响，LSS理论的射程RP和标准偏差ΔRp要作修正。光刻胶应该具有以下基本性能：灵敏度高；分辨率高；同衬底有很好的粘附性，胶膜表面沾性小；胶膜致密性好，无针孔；图形边缘陡直，无锯齿状；显影后留膜率高，不留底膜或其它颗粒物质；在显影液和其它腐蚀剂里抗蚀性强、抗溶涨性好；去胶容易，不留残渣；光刻胶分为正性光刻胶和负性光刻胶两种：正胶是感光部分显影时溶解掉，负胶则相反。3.光刻工艺

7、底膜是指显影后还有一层薄薄的胶。图形转移工艺衬底淀积薄膜匀胶、前烘曝光掩模版紫外光显影、坚膜腐蚀去胶正胶负胶匀胶正胶和负胶曝光↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓掩膜版紫外光显影正胶感光区域溶于显影液负胶未感光区域溶于显影液光学曝光的三种曝光方式接触式曝光接近式曝光投影式曝光接触式曝光接触式曝光是掩膜板直接同光刻胶接触，它具有设备简单、分辨率高的优点。它分成真空接触、硬接触和软接触三种方式，其中真空接触具有接触力均匀、掩膜变形小和可以消除氧气对光刻胶的