西工大微電子制造工藝總結(jié)

1、 第1章 單晶硅特點(diǎn)1. 硅材料的優(yōu)點(diǎn)： 原料充分，占地殼25%，沙子是硅在自然界中存在的主要形式； 硅晶體表面易于生長穩(wěn)定的氧化層，這對(duì)于保護(hù)硅表面器件或電路的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)很重要； 密度只有2.33g/cm3，是鍺/砷化鎵的43.8%，用于航空、航天； 熱學(xué)特性好，線熱膨脹系數(shù)小，2.5*10-6/ ，熱導(dǎo)率高，1.50W/cm·，芯片散熱； 單晶圓片的缺陷少，直徑大，工藝性能好，目前16英寸； 機(jī)械性能良好，MEMS。2. 硅中的點(diǎn)缺陷、線缺陷：（1）點(diǎn)缺陷 本征缺陷（晶體中原子由于熱運(yùn)動(dòng)） 空位 A：晶格硅原子位置上出現(xiàn)空缺；自填隙原子B ：硅原子不在晶格位置上，而處在晶格位置之

2、間。 雜質(zhì)（非本征缺陷：硅以外的其它原子進(jìn)入硅晶體） 替位雜質(zhì)C填隙雜質(zhì)D 肖特基缺陷：空位缺陷； 弗倫克爾（Frenkel）缺陷：原子熱運(yùn)動(dòng)脫離晶格位置進(jìn)入晶格之間，形成的空穴和自填隙的組合； 填隙雜質(zhì)：在微電子工藝中是應(yīng)盡量避免的，這些雜質(zhì)破壞了晶格的完整性，引起點(diǎn)陣的畸變，但對(duì)半導(dǎo)體晶體的電學(xué)性質(zhì)影響不大； 替位雜質(zhì)：通常是在微電子工藝中有意摻入的雜質(zhì)。例如，硅晶體中摻入、族替位雜質(zhì)，目的是調(diào)節(jié)硅晶體的電導(dǎo)率；摻入貴金屬Au等，目的是在硅晶體中添加載流子復(fù)合中心，縮短載流子壽命。（2）線缺陷 線缺陷最常見的就是位錯(cuò)。位錯(cuò)附近，原子排列偏離了嚴(yán)格的周期性，相對(duì)位置發(fā)生了錯(cuò)亂。123BA 位

3、錯(cuò)可看成由滑移形成，滑移后兩部分晶體重新吻合。在交界處形成位錯(cuò)。用滑移矢量表征滑移量大小和方向。 缺陷附近共價(jià)鍵被壓縮 1、拉長2、懸掛3，存在應(yīng)力 位錯(cuò)主要有刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò) 刃（形）位錯(cuò)：晶體中插入了一列原子或一個(gè)原子面，位錯(cuò)線AB與滑移矢量垂直； 螺（旋）位錯(cuò)：一族平行晶面變成單個(gè)晶面所組成的螺旋階梯，位錯(cuò)線AD與滑移矢量平行。 刃形位錯(cuò)的兩種運(yùn)動(dòng)方式：滑移和攀移。 硅晶體的雙層密排面間原子價(jià)鍵密度最小，結(jié)合最弱，滑移常沿111面發(fā)生，位錯(cuò)線也就常在111晶面之間。該面稱為滑移面。3. 硅中雜質(zhì)的類型 半導(dǎo)體材料多以摻雜混合物狀態(tài)出現(xiàn)，雜質(zhì)分為有意摻入的和無意摻入的。 有意摻入Si中的雜質(zhì)

4、有、VA族硼、磷、砷、銻。故意雜質(zhì)一般能替代硅原子，占據(jù)晶格位置，在適當(dāng)?shù)臏囟认码婋x生成自由電子或空穴，能改變硅晶體的電學(xué)特性，具有電活性。 無意摻入Si中的雜質(zhì)有氧，碳等。 間隙式雜質(zhì)：主要是和族元素，有：Na、K、Li、H等，它們通常無電活性，在硅中以間隙方式擴(kuò)散，擴(kuò)散速率快。 替位式雜質(zhì)：主要是和族元素，具有電活性，在硅中有較高的固溶度。以替位方式擴(kuò)散為主，也存在間隙-替位式擴(kuò)散，擴(kuò)散速率慢，稱為慢擴(kuò)散雜質(zhì)。 間隙替位式雜質(zhì)：大多數(shù)過渡元素：Au、Fe、Cu、Pt、Ni、Ag等。都以間隙-替位方式擴(kuò)散，約比替位擴(kuò)散快五六個(gè)數(shù)量級(jí)，最終位于間隙和替位這兩種位置，位于間隙的雜質(zhì)無電活性，位于

5、替位的雜質(zhì)具有電活性。 共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子。 掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子。 T=0K 且無外界激發(fā)，只有束縛電子，沒有自由電子，本征半導(dǎo)體相當(dāng)于絕緣體。 T=300K，本征激發(fā)，少量束縛電子擺脫共價(jià)鍵成為自由電子。 摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高。 摻入三價(jià)元素，如B，形成P型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體。 因留下的空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。空穴是多子（雜質(zhì)、熱激發(fā)），自由電子是少子（熱激發(fā))。 摻入五價(jià)元素，如P，形成N型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體。 由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電子，因此將其稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)因提供自由

6、電子而帶正電荷成為正離子。自由電子是多子（雜質(zhì)、熱激發(fā)），空穴是少子 （熱激發(fā)）。 、V族電活性雜質(zhì)主要有：硼、磷、砷，銻等淺能級(jí)雜質(zhì) 金等雜質(zhì)在室溫時(shí)難以電離，多數(shù)無電活性，是復(fù)合中心，具有降低硅中載流子壽命的作用，是深能級(jí)雜質(zhì) 不同類型雜質(zhì)對(duì)導(dǎo)電能力相互抵消的現(xiàn)象叫雜質(zhì)補(bǔ)償。4.雜質(zhì)的固溶度的概念 一種元素B(溶質(zhì))引入到另一種元素A(溶劑)晶體中時(shí)，在達(dá)到一定濃度之前，不會(huì)有新相產(chǎn)生，仍保持原A晶體結(jié)構(gòu)，這樣的晶體稱為固溶體。 一定溫度，雜質(zhì)在晶體中具有最大平衡濃度，這一平衡濃度就稱為該雜質(zhì)B在晶體A中的固溶度。 第2章 硅片的制備1. 多晶硅的制備過程（石英沙>冶金級(jí)硅） 制備多

7、晶硅，石英砂（硅石）通過冶煉得到冶金級(jí)硅（MGS），再經(jīng)過一系列的提純工藝得到電子級(jí)硅（EGS），然后由電子級(jí)多晶硅熔體拉制出單晶硅錠，再切片加工出硅片。 多晶硅的制備冶煉 *冶煉是采用木炭或其它含碳物質(zhì)如煤、焦油等來還原石英砂，得到硅。硅的含量在98-99之間，稱為冶金級(jí)硅（MGS），也稱為粗硅或硅鐵。 主要雜質(zhì)：Fe、Al、C、B、P、Cu 要進(jìn)一步提純。 多晶硅的制備提純 *酸洗：硅不溶于酸，粗硅初步提純是用鹽酸、王水、氫氟酸等混合強(qiáng)酸浸泡，去除粗硅中的鐵、鋁等主要雜質(zhì)，清洗至硅純度99.7%以上。（化學(xué)提純） *蒸餾提純（distillation） ：利用物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，而在精餾塔中通

8、過精餾（物理提純）來對(duì)其進(jìn)行提純。 先將酸洗過的硅氧化為SiHCl3或 SiCl4，常溫下SiHCl3 (沸點(diǎn)31.5)，與SiCl4( 沸點(diǎn)57.6)都是液態(tài)，蒸餾獲得高純的SiHCl3或SiCl4。 Si+3HClSiHCl3+H2 Si+2Cl2SiCl4 *分解：氫氣易于凈化，且在硅中溶解度極低，因此，多用H2來還原SiHCl3和SiCl4，還原得到的硅就是半導(dǎo)體純度的多晶硅。 SiCl4+2H2Si+4HCl SiHCl3+H2Si+3HCl *電子級(jí)硅EGS雜質(zhì)：碳-ppm（百萬分之幾）；,族-ppb(十億分之幾)2.單晶硅的制備方法（3種） 按制備時(shí)有無使用坩堝又分為兩類: 有坩

9、堝的：直拉法、磁控直拉法； 無坩堝的：懸浮區(qū)熔法 。 三種方法比較： 直拉法工藝成熟，可拉出大直徑硅錠，是目前采用最多的單晶硅錠生產(chǎn)方法，但有氧。 磁控直拉法能生長無氧、均勻好的大直徑單晶硅錠。設(shè)備較直拉法設(shè)備復(fù)雜得多，造價(jià)也高得多，強(qiáng)磁場(chǎng)的存在使得生產(chǎn)成本也大幅提高。 懸浮區(qū)熔法與直拉法相比，去掉了坩堝，能拉制出高純度、無氧高阻單晶，當(dāng)前FZ硅的電阻率可達(dá)5000·cm以上。3. 直拉法(CZ法)制備單晶硅的設(shè)備、原理 設(shè)備：四部分組成： 爐體部分： 坩堝、水冷裝置和拉桿等機(jī)械傳動(dòng)部分； 加熱控溫系統(tǒng) ：光學(xué)高溫計(jì)、加熱器、隔熱裝置等； 真空部分： 機(jī)械泵、擴(kuò)散泵、真空計(jì)、進(jìn)氣閥等

10、； 控制部分： 顯示器和控制面板等 ； 原理： 在坩堝中放入電子級(jí)的多晶硅，加熱使之熔融，用一個(gè)卡具夾住一塊適當(dāng)晶向的籽晶，懸浮在坩堝上。拉單晶時(shí)，將籽晶一端插入熔體直到熔化，然后再緩慢向上提拉，這時(shí)在液-固界面經(jīng)過逐漸冷凝就形成了單晶。硅錠被拉出時(shí)，邊旋轉(zhuǎn)邊提拉，而坩堝向相反方向旋轉(zhuǎn)。 CZ法主要工藝流程： 準(zhǔn)備：腐蝕清洗多晶硅籽晶準(zhǔn)備裝爐 開爐：抽真空通氣升溫水冷； 生長：引晶縮頸放肩等徑生長收尾 ； 停爐:降溫停氣停止抽真空開爐； *籽晶的作用： 籽晶是作為復(fù)制樣本，使拉制出的硅錠和籽晶有相同的晶向； 籽晶是作為晶核，有較大晶核的存在可以減小熔體向晶體轉(zhuǎn)化時(shí)必須克服的能壘（即界面勢(shì)壘）。

11、 *縮頸： 縮頸能終止拉單晶初期籽晶中的位錯(cuò)、表面劃痕等缺陷，以及籽晶與熔體連接處的缺陷向晶錠內(nèi)延伸。籽晶缺陷延伸到只有2-3mm的頸部表面時(shí)就終止了。 為保證拉制的硅錠晶格完整，可以進(jìn)行多次縮頸。4. 分凝現(xiàn)象、分凝系數(shù) 對(duì)于固相液相的界面，由于雜質(zhì)在不同相中的溶解度不一樣，所以雜質(zhì)在界面兩邊材料中分布的濃度是不同的，這就是所謂雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象。 雜質(zhì)分凝作用的大小描述分凝系數(shù)k，定義為雜質(zhì)在固相中的溶解度與雜質(zhì)在液相中的溶解度之比：k=Cs/Cl 。5. 硅錠的摻雜方法（3種），以及液相摻雜的計(jì)算（1）摻雜方式（3種）： 液相摻雜 直接摻元素：單質(zhì)，重?fù)诫s； 母合金摻雜：硅合金，輕摻雜和中等

12、摻雜； 氣相摻雜 中子輻照（NTD）摻雜中子嬗變摻雜技術(shù) 注：分凝系數(shù)很小的雜質(zhì)不能用液相摻雜方法 蒸發(fā)常數(shù)太大的雜質(zhì)不能用液相摻雜方法（2） 液相摻雜的相關(guān)計(jì)算：分凝對(duì)雜質(zhì)分布均勻性影響：在CZ法長晶中，若液體凝固速度極為緩慢，雜質(zhì)在熔融液中始終均勻分布，且雜質(zhì)在固態(tài)晶體內(nèi)擴(kuò)散現(xiàn)象不明顯，則晶錠內(nèi)軸向雜質(zhì)分布濃度： 式中：為硅熔體初始濃度；X為已拉制出的晶體占硅總量的比例。例題1：從含有0.01%磷或硼的熔料中拉制硅錠，計(jì)算：晶錠頂端磷或硼雜質(zhì)的濃度？如果晶錠長1m，截面均勻，在何處兩種雜質(zhì)濃度分別是晶錠頂端處的2倍？ 解：硅原子密度為5x1022atoms/cm3，=0.35， =0.8

13、晶錠頂端磷的濃度為 晶錠頂端硼的濃度為 設(shè)在 處，磷、硼雜質(zhì)分別為 晶錠頂端雜質(zhì)濃度的2倍，即 例題2：采用Czochralski法生長的硅錠含有的硼原子濃度為1016 /cm3,那么比照硅錠中的濃度值其熔體中的硼濃度是多少？如果坩堝中硅的初始裝量是80kg，那么應(yīng)該加入多少克硼(原子量10g/mol)？(已知熔融硅的密度是2.5g/cm3,硼的分凝系數(shù)k0為0.8,一摩爾物質(zhì)中所含原子數(shù)為6.02x1023 )。 第3章 外延1.外延的概念、分類（工藝、材料、溫度、電阻率、結(jié)構(gòu)） 概念：外延(epitaxy)是指在單晶襯底上，用物理的或化學(xué)的方法，按襯底晶向排列（生長）單晶膜的工藝過程。 分

14、類： 按材料劃分：同質(zhì)外延和異質(zhì)外延； 按工藝方法劃分：氣相外延（VPE)，液相外延(LPE)，固相外延 (SPE)，分子束外延（MBE)； 按溫度劃分：高溫外延(1000 以上)；低溫外延(1000 以下)；變溫外延先低溫下成核，再高溫下生長外延層； 按電阻率高低劃分：正外延低阻襯底上外延高阻層；反外延高阻襯底上外延低阻層； 按外延層結(jié)構(gòu)分類: 普通外延，選擇外延，多層外延； 其它劃分方法：按外延層導(dǎo)電類型、外延層厚度、外延工藝反應(yīng)器形狀等進(jìn)行劃分。2. 硅氣相外延的兩個(gè)過程以及基本原理 氣相外延(VPE ：Vapor Phase Epitaxy )，指含外延層材料的物質(zhì)以氣相形式輸運(yùn)至襯底

15、，在高溫下分解或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生長出和襯底晶向相同的外延層的外延工藝。 *氣相外延：包含外延氣相質(zhì)量傳遞和表面外延兩個(gè)過程?；砻孢吔鐚邮疽鈭D 外延氣相質(zhì)量傳遞 硅烷氣相輸運(yùn)到達(dá)襯底表面； 基座表面SiH4分解消耗，表面濃度最低；沿著氣流方向濃度降低； 基座表面溫度最高；沿著直氣流方向溫度升高； 垂直于氣流方向速度減?。谎刂鴼饬鞣较蛩俣仍龃?； 邊界層指基座表面垂直于氣流方向上，氣流速度、反應(yīng)劑濃度、溫度受到擾動(dòng)的薄氣體層。邊界層厚度與主氣流速度v成反比。 外延層的氣相質(zhì)量傳遞以擴(kuò)散方式進(jìn)行， SiH4從主氣流區(qū)擴(kuò)散穿越邊界層到達(dá)硅襯底表面。單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)襯底單位面積的SiH4從分子數(shù)目為：

16、cg，c0分別為主氣流區(qū)和襯底表面濃度；Dg為擴(kuò)散系數(shù)。 沿氣流方向Cg下降，Jg減小，外延層厚度不均勻。 基座表面做成斜坡狀，和氣流方向呈一定角度，角一般厚度在310°，氣 流速度增大，邊界厚度變薄，解決外延層生長的不均勻性。表面外延 本質(zhì)上是化學(xué)分解和規(guī)則排列兩個(gè)過程。 SiH4表面外延過程實(shí)質(zhì)上包含了襯底吸附（1）、分解（2）、遷移（3）、解吸（6）這幾個(gè)環(huán)節(jié)。 表面外延過程表明外延生長是橫向進(jìn)行，在襯底臺(tái)階的結(jié)點(diǎn)位置發(fā)生。 硅錠切成硅片時(shí)，硅片表面偏離主晶面一定角度。3. 外延摻雜的兩種效應(yīng)：自摻雜、互擴(kuò)散 自摻雜效應(yīng)（Autodoping）：是指高溫外延時(shí)，高摻雜襯底的雜質(zhì)

17、反擴(kuò)散進(jìn)入氣相邊界層，又從邊界層擴(kuò)散摻入外延層的現(xiàn)象 。 影響：改變外延層和襯底雜質(zhì)濃度及分布，對(duì)p/n或n/p硅外延，改變pn結(jié)位置。 自摻雜效應(yīng)是氣相外延的本征效應(yīng)，不可能完全避免。 生長指（常）數(shù): a.(cm-1)由實(shí)驗(yàn)確定。 b.與摻雜劑、化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)系統(tǒng)，及生長過程等因素有關(guān)； c.As比B和P更易蒸發(fā); d.SiCl4反應(yīng)過程中的要比SiH4的小; e.邊界層越厚，就越大。互擴(kuò)散效應(yīng)(Outdiffusion):指在襯底中的雜質(zhì)與外延層中的雜質(zhì)在外延生長時(shí)互相擴(kuò)散向濃度低的一方擴(kuò)散的現(xiàn)象。 不是本征效應(yīng)，是雜質(zhì)的固相擴(kuò)散帶來。 若雜質(zhì)擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于外延生長速率，襯底中的雜質(zhì)向外

18、延層中擴(kuò)散，或外延層中雜質(zhì)向襯底中的擴(kuò)散，都如同在半無限大的固體中的擴(kuò)散。 當(dāng)襯底和外延層都摻雜時(shí)，外延層中最終雜質(zhì)分布。 實(shí)際中兩種雜質(zhì)再分布現(xiàn)象時(shí)同時(shí)存在的，實(shí)際雜質(zhì)分布是兩種雜質(zhì)再分布效應(yīng)的綜合效果。 實(shí)際的雜質(zhì)分布與理想情況差距較大，難以獲得界面雜質(zhì)濃度陡變的外延層。 雜質(zhì)再分布綜合效果示意圖 減小雜質(zhì)再分布效應(yīng)措施： 降低外延溫度，p-Si采用SiH2Cl2, SiHCl3；或SiH4，但這對(duì)As的自摻雜是無效。 重?fù)诫s的襯底，用輕摻雜的硅來密封其底面和側(cè)面，減少雜質(zhì)外逸。 低壓外延可減小自摻雜，這對(duì)砷，磷的效果顯著，對(duì)硼的作用不明顯。 對(duì)于n型襯底，如果需要進(jìn)行埋層摻雜，采用蒸汽壓

19、低且擴(kuò)散速率低的雜質(zhì)作為埋層雜質(zhì)。 第4章 熱氧化1. 二氧化硅的用途 SiO2對(duì)于雜質(zhì)的掩蔽作用 由于雜質(zhì)在SiO2及Si中的擴(kuò)散速率不同，SiO2膜可以作為擴(kuò)散的掩蔽層。如硼、磷、砷、碲等雜質(zhì)在 SiO2中的擴(kuò)散速度比在Si中慢。但鋁、鎵、銦在 SiO2中的擴(kuò)散速度比在Si中快，不能選用SiO2作為掩膜層。 SiO2用作MOSFET的柵氧化電介質(zhì) SiO2膜的厚度和質(zhì)量直接決定著MOSFET的多個(gè)電學(xué)參數(shù)。 SiO2用于器件的電絕緣與隔離 SiO2具有很高的電阻率，是良好的絕緣體，所以：硅器件中作金屬引線與薄膜下面元件之間的電絕緣層；大規(guī)模集成電路中多層布線間的絕緣層；集成電路中各元件之間

20、的電隔離。 SiO2對(duì)器件表面的保護(hù)和鈍化作用SiO2層將硅片表面以及硅內(nèi)器件與外界氣氛隔離開來，提高了器件的穩(wěn)定性和可靠性，并可保護(hù)硅片免受制作工藝中可能發(fā)生的劃傷和損害。2. 二氧化硅掩蔽的條件 掩膜所需SiO2的厚度，與和結(jié)深等因素有關(guān)。 理論上，只要氧化層厚度滿足上式要求，就可以起到掩膜的作用，實(shí)際上，只有DSiO2<DSi的雜質(zhì)才有實(shí)用價(jià)值。否則，所需SiO2膜太厚，既難以制備又不利于光刻。 大部分的雜質(zhì)（除Au外）隨著溫度T升高而增加； SiO2能夠掩蔽B、P的擴(kuò)散，但不能掩蔽Ga的擴(kuò)散； 雖然Au在SiO2中擴(kuò)散系數(shù)小，但Au可沿著硅表面Si/SiO2界面擴(kuò)散到硅中去，Si

21、O2不能掩蔽Au的擴(kuò)散。SiO2掩蔽層厚度的確定: 掩蔽條件: DSi>>DSiO2； SiO2表面濃度Cs與Si/SiO2界面雜質(zhì)濃度CI之比達(dá)到一定數(shù)值； SiO2膜的最小厚度： 3. 熱氧化的分類（干氧、濕氧）及其特點(diǎn): 熱氧化制備SiO2工藝就是在高溫和氧化物質(zhì)（氧氣或者水汽）存在條件下，在清潔的硅片表面上生長出所需厚度的二氧化硅。 按所用氧化氣氛分為三種： 干氧氧化：干燥純凈的氧氣。氧化膜致密性最好，針孔密度小，薄膜表面干燥，適合光刻，但是生長速率最慢； 水汽氧化：高純水蒸氣或氫氣與氧氣。氧化速度快；但氧化質(zhì)量較差，結(jié)構(gòu)疏松，薄膜致密性最差，針孔密度最大；表面是硅烷醇，易

22、吸附水，表面潮濕，光刻難，易浮膠。 濕氧氧化：氧氣攜帶水蒸氣。濕氧氧化兼有干氧氧化和水汽氧化兩種氧化作用，氧化速率和氧化層質(zhì)量介于兩者之間。 實(shí)際熱氧化工藝多采用干、濕氧化交替的方法進(jìn)行。 目的：為了獲得表面致密、針孔密度小、表面干燥、適合光刻的氧化膜，同時(shí)提高了氧化速率，縮短了氧化時(shí)間。 4. 硅的熱氧化模型以及氧化層生長的兩個(gè)階段、計(jì)算氧化層厚度: *DealGrove模型（迪爾格羅夫模型）（線性拋物線模型，linear-parabolic model)可以用固體理論解釋的一維平面生長氧化硅的模型。 適用范圍： 氧化溫度7001300 oC； 局部壓強(qiáng)0.125個(gè)大氣壓； 氧化層厚度為20

23、2000nm的水汽和干法氧化； 流量（擴(kuò)散流密度）：單位時(shí)間內(nèi)流過單位面積的雜質(zhì)原子數(shù)量。（1）氧化劑輸運(yùn)：固相硅表面存在一個(gè)氣相附面層，氣相氧化劑在固相硅片襯底與主氣流區(qū)之間存在一個(gè)濃度差異。氧化劑從氣體內(nèi)部以擴(kuò)散的形式穿過附面層運(yùn)動(dòng)到氣體/SiO2界面，氣體輸運(yùn)流密度用F1表示F1=hg(Cg-Cs) ，hg氣相質(zhì)量輸運(yùn)系數(shù)。（2）固相擴(kuò)散：氧化劑以擴(kuò)散的形式穿過SiO2界面層，到達(dá)Si/SiO2界面。（3）化學(xué)反應(yīng)：氧化劑通過Si/SiO2界面處與Si反應(yīng)，生成新的SiO2，反應(yīng)速率取決于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，氧化劑的擴(kuò)散流密度F3為 （ks為氧化劑與Si反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)常數(shù)）。（4）反應(yīng)副產(chǎn)物

24、離開界面：發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物（H2等）擴(kuò)散出氧化層，并向主氣流區(qū)轉(zhuǎn)移。熱氧化是在氧化劑氣氛下進(jìn)行，在準(zhǔn)平衡態(tài)穩(wěn)定生長條件下，氧化劑流密度不變： F1=F2=F3*氧化層生長厚度的計(jì)算： *氧化層的生長包括兩個(gè)階段： 硅與氧直接反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過程： 氧化時(shí)間較短，SiO2層厚度較薄時(shí)，氧化劑在SiO2 中的擴(kuò)散系數(shù)足夠大，此時(shí)氧化速率由氧化劑在中的氧分子濃度及氧化反應(yīng)常數(shù)ks主導(dǎo)，SiO2層厚度隨時(shí)間線性增加，即反應(yīng)控制情況。 氧通過氧化層到達(dá)硅-二氧化硅界面的擴(kuò)散過程： 氧化時(shí)間較長，SiO2層厚度較厚時(shí)，氧化劑在SiO2內(nèi)的擴(kuò)散常數(shù)相對(duì)變低，Si-SiO2界面氧分子濃度將減小，此時(shí)的氧化速

25、率將由氧化劑在SiO2中的擴(kuò)散速率主導(dǎo)，SiO2層厚度隨時(shí)間呈拋物線式增加，即擴(kuò)散控制情況。 5. 熱氧化中雜質(zhì)的分凝效應(yīng) 熱氧化過程中雜質(zhì)的再分布由四方面因素決定： 雜質(zhì)的分凝現(xiàn)象； 雜質(zhì)在SiO2表面逸出； 雜質(zhì)在SiO2、Si中的擴(kuò)散系數(shù)； 界面移動(dòng)（氧化速率）； （1）分凝效應(yīng) 分凝現(xiàn)象指雜質(zhì)在SiO2和Si中平衡濃度不同的現(xiàn)象。 分凝系數(shù)是衡量分凝效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)： k<1，雜質(zhì)在靠近Si/SiO2界面處的SiO2中的濃度高于靠近界面處Si中的濃度。在界面處雜質(zhì)由襯底Si向SiO2層內(nèi)擴(kuò)散，造成Si側(cè)界面處雜質(zhì)濃度C低于襯底硅濃度CB。界面處Si側(cè)雜質(zhì)的耗竭。B（kB= 0.3）

26、，Al（kAl=0.1）。 k>1，雜質(zhì)在靠近Si/SiO2界面處的Si中的濃度高于靠近界面處SiO2中的濃度。在界面處雜質(zhì)源于襯底Si向SiO2內(nèi)層擴(kuò)散，但Si側(cè)雜質(zhì)濃度高于SiO2，雜質(zhì)傾向于在Si中擴(kuò)散，造成Si/SiO2界面處Si內(nèi)側(cè)的堆積。P（kp= 10），As（kAs=10），Ga（kGa=20）。 6.氧化層厚度的測(cè)量方法 比色法：可根據(jù)氧化層表面顏色和表中所列顏色進(jìn)行比較，來確定氧化層的厚度。（光的干涉） 干涉法條紋法： 原理：利用測(cè)定氧化層臺(tái)階上的干涉條紋數(shù)目求氧化層厚度。 設(shè)備：一臺(tái)單色光源（一般采用納光燈）和一臺(tái)普通的干涉顯微鏡。 測(cè)量方法：把SiO2層通過48%

27、的氫氟酸腐蝕（將不需要腐蝕的SiO2用真空封蠟保護(hù)起來）而制作出一個(gè)斜面。然后把單色光（波長）垂直投射到斜面區(qū)域，對(duì)于透明膜，在斜面各處所對(duì)應(yīng)的厚度不同，入射光從表面與從襯底反射出來的光束之間的光程差不同。產(chǎn)生相長和相消干涉，在顯微鏡下可觀察到明暗相間的條紋，等厚干涉條紋。 一般從一個(gè)最亮到相鄰的一個(gè)最亮條（或最暗條到相鄰的另一個(gè)最暗條）就算一個(gè)干涉條紋。而從最暗到相鄰最亮條則為半個(gè)干涉條紋。 第5章 擴(kuò)散1. 擴(kuò)散機(jī)理：三種擴(kuò)散機(jī)構(gòu) 替位式擴(kuò)散(Substitutional)： 高溫下晶格原子獲得能量脫離格點(diǎn)成為間隙原子，產(chǎn)生空位； 雜質(zhì)進(jìn)入晶體后占據(jù)原子空位； 在濃度梯度作用下，雜質(zhì)向臨近

28、原子逐次跳躍前進(jìn)；每前進(jìn)一步，必須克服一定的勢(shì)壘能量； 雜質(zhì)原子由一個(gè)格點(diǎn)跳到相鄰另一個(gè)格點(diǎn)； 產(chǎn)生替代式擴(kuò)散必須存在空位； 替位擴(kuò)散雜質(zhì)：主要是III和V族元素，具有電活性，在硅中固溶度較高。擴(kuò)散速度慢，稱為慢擴(kuò)散雜質(zhì)，如：Al，B，Ga，In，P，Sb，As。 填隙式擴(kuò)散(Interstitial)： 雜質(zhì)進(jìn)入晶體存在于硅的間隙，主要是半徑小的雜質(zhì)原子； 在濃度作用下，雜質(zhì)原子由一個(gè)間隙位置跳到相鄰另一個(gè)間隙位置，從而在晶格中運(yùn)動(dòng)； 填隙式擴(kuò)散是雜質(zhì)原子擠開交錯(cuò)的壓縮區(qū)從一個(gè)空隙跳到另一個(gè)空隙； 填隙擴(kuò)散雜質(zhì)：主要是I和VIII族元素，如Na，K，Li，H，Ar等，通常無電活性，在硅中以填

29、隙式方式擴(kuò)散，擴(kuò)散速度快。 填隙替位式擴(kuò)散： 大多數(shù)過渡元素，如Au，F(xiàn)e，Cu，Pt，Ni，Ag等，都以填隙替位式方式擴(kuò)散，最終位于間隙和替位兩種位置上。位于間隙的雜質(zhì)無電活性，位于替位的雜質(zhì)具有電活性。2. 菲克第一、第二定律，擴(kuò)散系數(shù) Fick第一擴(kuò)散定律： 在單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位面積上的擴(kuò)散物質(zhì)流量為擴(kuò)散通量（Diffusion flux），用J表示。 擴(kuò)散通量其與該截面處的濃度梯度成正比。 比例系數(shù)D定義為擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)；C為擴(kuò)散物質(zhì)的體積濃度（atoms/m3或kg/m3）表示擴(kuò)散方向?yàn)闈舛忍荻鹊姆捶较颍从筛邼舛认虻蜐舛葦U(kuò)散。 菲克第二定律： 當(dāng)擴(kuò)散處于非穩(wěn)態(tài)

30、，即各點(diǎn)的濃度隨時(shí)間而改變時(shí)，利用第一定律不容易求出。 通常的擴(kuò)散過程大都是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，為便于求出，還要從物質(zhì)的平衡關(guān)系著手，建立第二個(gè)微分方程式。 討論晶體中雜質(zhì)濃度與擴(kuò)散時(shí)間的關(guān)系，又稱Fick第二定律。 擴(kuò)散系數(shù)(Diffusion coefficient)D：是描述擴(kuò)散速度的重要物理量，它相當(dāng)于濃度梯度為1時(shí)的擴(kuò)散通量 。 3. 兩種擴(kuò)散方式以及雜質(zhì)的分布函數(shù)，會(huì)計(jì)算結(jié)深 兩種方式：恒定表面源擴(kuò)散和限定表面源擴(kuò)散 恒定表面源擴(kuò)散：指在擴(kuò)散過程中，硅片表面的雜質(zhì)濃度Cs始終是保持不變的，將硅片處在恒定濃度的雜質(zhì)氛圍中。 （1）擴(kuò)散硅片內(nèi)的雜質(zhì)總量Q(t) （2）雜質(zhì)的濃度梯度 （3）結(jié)深

31、 （4） 恒定源擴(kuò)散雜質(zhì)濃度服從余誤差分布，延長擴(kuò)散時(shí)間： 表面雜質(zhì)濃度不變； 結(jié)深增加； 擴(kuò)入雜質(zhì)總量增加； 雜質(zhì)濃度梯度減小。 有限表面源擴(kuò)散：指雜質(zhì)源在擴(kuò)散前積累于硅片表面薄層內(nèi)， Q為單位面積雜質(zhì)總量，擴(kuò)散過程中Q為常量，依靠這些有限的雜質(zhì)向硅片內(nèi)進(jìn)行的擴(kuò)散。 有限源擴(kuò)散雜質(zhì)濃度是一種高斯函數(shù)分布。 延長擴(kuò)散時(shí)間(提高擴(kuò)散溫度T )： 雜質(zhì)表面濃度迅速減?。浑s質(zhì)總量不變； 結(jié)深增加； 雜質(zhì)濃度梯度減小。 （1）雜質(zhì)表面濃度 （2）雜質(zhì)總量Q保持不變。 （3）雜質(zhì)濃度梯度隨擴(kuò)散深度的增加而減小 （4）結(jié)深 Cs隨時(shí)間變化，所以A也隨時(shí)間變化。 4. 兩步擴(kuò)散工藝原理 恒定表面源擴(kuò)散雖然可

32、以控制雜質(zhì)的總量和擴(kuò)散深度，但不能控制表面濃度，難以制作出低表面濃度的深結(jié)； 限定表面源雖可控制表面濃度和擴(kuò)散深度，但不能任意控制雜質(zhì)總量，因而難以制作出高表面濃度的淺結(jié)。 為了得到任意的表面濃度、雜質(zhì)數(shù)量和結(jié)深以及滿足濃度梯度的要求，就應(yīng)當(dāng)既能控制擴(kuò)散雜質(zhì)總量，又能控制表面濃度，需將兩種擴(kuò)散結(jié)合起來。 兩步工藝 ：分為預(yù)淀積（預(yù)擴(kuò)散）、再分布（主擴(kuò)散） 預(yù)淀積是惰性氣氛下的恒定表面源擴(kuò)散，目的是在擴(kuò)散窗口硅表層擴(kuò)入總量Q一定的雜質(zhì)。 再分布是氧氣氛或惰性氣氛下的限定表面源擴(kuò)散，將窗口雜質(zhì)再進(jìn)一步向片內(nèi)擴(kuò)散，目的是使雜質(zhì)在硅中具有一定的表面濃度Cs、分布C(x)、且達(dá)到一定的結(jié)深xj。 兩步擴(kuò)

33、散： 預(yù)淀積（預(yù)擴(kuò)散）：低溫，短時(shí)，恒定表面源擴(kuò)散雜質(zhì)擴(kuò)散很淺，雜質(zhì)數(shù)量可控 主擴(kuò)散（再分布）：高溫，長時(shí)，限定表面源擴(kuò)散控制表面濃度和擴(kuò)散深度。 兩步擴(kuò)散之后的雜質(zhì)最終分布形式，為兩個(gè)擴(kuò)散過程結(jié)果的累加。如果用下標(biāo)1表示預(yù)擴(kuò)散的參數(shù)，2表示再分布的參數(shù)。 D1t1>>D2t2預(yù)擴(kuò)散起決定作用，雜質(zhì)按余誤差函數(shù)形式分布。 D1t1<< D2t2主擴(kuò)散起決定作用，雜質(zhì)按高斯函數(shù)形式分布。5. 結(jié)深的測(cè)量方法 在半導(dǎo)體上磨槽，并在溶液中腐蝕、染色（例如在100ml的HF中加幾滴硝酸溶液形成對(duì)硅的腐蝕液）使P型區(qū)比N型區(qū)顏色深，就能顯示出結(jié)深的輪廓。 設(shè)R0為磨槽所用工具的半

34、徑，則結(jié)深為： 當(dāng)R0>>a,b時(shí)，有： 第6章 離子注入 1. 離子注入的基本原理、幾個(gè)概念（射程、投影射程等） 離子注入：離化后的原子在強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用下，注射進(jìn)入靶材料的表層，以改變這種材料表層的物理或化學(xué)性質(zhì)。 離子注入是離子被強(qiáng)電場(chǎng)加速后注入靶中，離子受粑原子阻止而停留其中，經(jīng)退火后成為具有活性的雜質(zhì)的一個(gè)非平衡的物理過程。 與注入離子分布相關(guān)的幾個(gè)概念： 射程R（range）: 離子從進(jìn)入靶起到停止點(diǎn)所通過路徑的總距離R。 投影射程xp（projected range）：射程 R在入射方向上的投影。 射程橫向分量xi：射程在垂直于入射方向的平面內(nèi)的投影長度。 平均投影射

35、程Rp：所有入射離子投影射程的平均值。 標(biāo)準(zhǔn)偏差DRp ：投影射程離子濃度的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)。 橫向標(biāo)準(zhǔn)變差DR：垂直于入射方向離子濃度的統(tǒng)計(jì)波動(dòng)。2. 離子注入的兩種能量損失機(jī)制（LSS理論） LSS理論：該理論認(rèn)為，注入離子在靶內(nèi)的能量損失分為兩個(gè)彼此獨(dú)立的過程：(1) 核碰撞（nuclear stopping）； (2) 電子碰撞 （electronic stopping）總能量損失為兩者之和。 （1）核碰撞：能量為E的一個(gè)注入離子與靶原子核碰撞，離子能量轉(zhuǎn)移到原子核上，結(jié)果將使離子改變運(yùn)動(dòng)方向，而靶原子核可能離開原位，成為間隙原子核，或只是能量增加。 （2）電子碰撞：指的是注入離子與靶內(nèi)白由電

36、子以及束縛電子之間的碰撞。3. 核阻止和電子阻止與注入離子能量的關(guān)系 （1）核阻止本領(lǐng)：能量為E的注入離子在單位密度靶內(nèi)運(yùn)動(dòng)單位長度時(shí)，損失給靶原子核的能量。離子在其運(yùn)動(dòng)路徑x處的能量為E，核阻止本領(lǐng)Sn(E)定義為： （2）注入離子和靶原子周圍電子云通過庫侖作用，使離子和電子碰撞失去能量，而束縛電子被激發(fā)或電離，自由電子發(fā)生移動(dòng)。瞬時(shí)地形成電子-空穴對(duì)。定義電子的阻止本領(lǐng)Se(E)為： 電子的阻止本領(lǐng)與入射離子的速度成正比，即：單位路程上注入離子由于核阻止Sn(E)和電子阻止Se(E) 所損失的能量，總能量損失為兩者的和。 dE/dx：能量損失梯度； E：注入離子在其運(yùn)動(dòng)路程上任一點(diǎn)x處的能

37、量； Sn(E)：核阻止本領(lǐng)； Se(E)：電子阻止本領(lǐng)；4. 離子注入的縱向分布函數(shù) 離子注入的實(shí)際濃度分布用高斯函數(shù)表示： QT為注入劑量（單位面積注入的離子數(shù)） 高斯分布只在峰值附近與實(shí)際分布符合較好 QT為注入劑量： 5. 離子注入的溝道效應(yīng)，減小溝道效應(yīng)的方法 溝道（滲透）效應(yīng)(Channeling effect )：襯底為單晶材料，當(dāng)離子束準(zhǔn)確的沿著晶格方向注入時(shí)，幾乎不會(huì)受到原子核的碰撞，因此來自靶原子的阻止作用要小的多，注入深度大于在無定型靶中的深度，其縱向分布峰值與高斯分布不同。 減小離子溝道效應(yīng)的方法： 非晶表面阻擋層：在表面生長一層純二氧化硅薄膜，此膜層使得離子入射方向隨

38、機(jī)化，造成離子以不同的角度進(jìn)入晶片，以減小溝道效應(yīng)。 晶片偏離晶向：把晶片表面偏離主平面5°到10°。大部分離子注入機(jī)使晶片傾斜7°，并使主平面扭曲22°來防止離子溝道效應(yīng)。 在晶片表面設(shè)置破壞層：采用硅和鍺的重離子注入給晶片表面造成預(yù)損區(qū)，在晶片表面形成一個(gè)結(jié)構(gòu)隨機(jī)化的膜層。6. 退火的概念、工藝、目的 退火（Anneal）：利用熱能（Thermal Energy）將離子注入后的樣品進(jìn)行熱處理，以消除輻射損傷，激活注入雜質(zhì)，恢復(fù)晶體的電性能。 具體工藝：在某一高溫下保持一段時(shí)間，使雜質(zhì)通過擴(kuò)散進(jìn)入替位位置，成為電活性雜質(zhì)；并使晶體損傷區(qū)域“外延生長”為

39、晶體，恢復(fù)或部分恢復(fù)硅的遷移率與少子壽命。 退火的目的： *去除由注入造成的損傷，讓硅晶格恢復(fù)原有完美晶體結(jié)構(gòu)。 *讓間隙雜質(zhì)進(jìn)入電活性位置替位位置。 *恢復(fù)電子和空穴遷移率。 注意：退火過程中應(yīng)避免大幅度的雜質(zhì)再分布。7. 列舉離子注入的幾個(gè)應(yīng)用 淺結(jié)的形成 目的：抑制MOS晶體管的穿通電流，減小器件的短溝效應(yīng)因此要求減小CMOS源/漏結(jié)的結(jié)深。 形成淺結(jié)困難很多。 方法:（1）分子注入方法；（2）降低注入離子能量；（3）預(yù)非晶化 對(duì)閾值電壓VT的控制 對(duì)MOS管來說，柵電極可控范圍是它下面極薄的溝道區(qū)，注入雜質(zhì)可看作全包含在耗盡層內(nèi)。 離子注入降低MOS管閾值電壓工藝簡單易行，在柵氧化層膜

40、形成之后，通過薄的柵氧化層進(jìn)入溝道區(qū)域低劑量注入，然后經(jīng)過適當(dāng)退火便能達(dá)到目的。 自對(duì)準(zhǔn)金屬柵結(jié)構(gòu) 早期MOS工藝先形成源區(qū)和漏區(qū)，再制作柵。柵源、柵漏之間的交疊存在很大寄生電容，使高頻特性變差。 與擴(kuò)散法MOS工藝不同，離子注入自對(duì)準(zhǔn)MOS是先制作柵極，并使之成為離子注入的掩膜，從而形成離子注入摻雜的漏、源區(qū)。柵與源、漏可以自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，并且交疊 電容大大減小，改善了高頻特性。 離子注入在SOI結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 a.SIMOX注氧隔離技術(shù) b.Smartcut智能剝離技術(shù) 第7章 化學(xué)氣相淀積1. CVD的概念 化學(xué)氣相淀積(Chemical Vapor Deposition, CVD):是將構(gòu)成薄

41、膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣以合理的流速通入反應(yīng)室，通過化學(xué)反應(yīng)在襯底上進(jìn)行薄膜淀積的工藝方法。2. 多晶硅薄膜淀積的基本步驟以及兩個(gè)過程 多晶硅薄膜淀積為例，反應(yīng)劑為用氫氣稀釋的硅烷，反應(yīng)為SiH4Si+2H2 （1）淀積過程分為5個(gè)基本步驟： 氫氣和硅烷混合物進(jìn)入反應(yīng)室； 硅烷從主氣流區(qū)以擴(kuò)散方式穿過邊界層到達(dá)襯底硅片表面； 硅烷以及在氣態(tài)分解的含硅原子團(tuán)吸附在硅片表面，成為吸附原子； 吸附的硅和含硅原子團(tuán)發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)，生成硅在襯底上聚集，連接成片、被后續(xù)硅原子覆蓋成為淀積薄膜； 反應(yīng)副產(chǎn)物氫氣和未反應(yīng)的反應(yīng)劑從襯底表面解析，擴(kuò)散穿過邊界層進(jìn)入主氣流區(qū)，被排出系統(tǒng)。 （2）與外

42、延相似，由氣相質(zhì)量輸運(yùn)和表面化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過程完成。 氣相質(zhì)量輸運(yùn)過程主要是指步驟硅烷及硅原子團(tuán)氣體擴(kuò)散穿越邊界層達(dá)到襯底硅片表面，以及步驟襯底硅片表面分解反應(yīng)生成的氫氣擴(kuò)散穿越邊界層離開襯底表面。這兩個(gè)步驟都是以擴(kuò)散方式進(jìn)行的。表面化學(xué)反應(yīng)過程是指步驟和步驟。詳情見書P150 CVD淀積使硅生長為多晶硅的原因： 襯底溫度較外延低，硅原子在表面的遷移慢，未能全部遷移到結(jié)點(diǎn)位置上； 淀積速率過快，未等硅原子全部遷移到結(jié)點(diǎn)位置就被其它硅原子所覆蓋，成為薄膜中的硅原子； 襯底表面可以不是單晶，如襯底硅片整個(gè)表面或部分表面已有氧化層；3. 溫度對(duì)薄膜淀積速率的影響 溫度較低時(shí)，淀積速率與溫度是指數(shù)關(guān)系，

43、溫度升高，淀積速率加快。因?yàn)闇囟容^低時(shí)，ks<<hg，淀積速率受ks限制，而ks隨著溫度的升高而變大。隨著溫度升高，淀積速率對(duì)溫度的敏感程度不斷下降。當(dāng)溫度高過某個(gè)值之后，淀積速率就由表面反應(yīng)控制轉(zhuǎn)為氣相質(zhì)量輸運(yùn)控制，也就是表面反應(yīng)所需的反應(yīng)劑數(shù)量高于到達(dá)表面的反應(yīng)劑數(shù)量，表面反應(yīng)不再限制淀積速率，這時(shí)淀積速率由反應(yīng)及通過邊界層輸運(yùn)到表面的速率所決定，而ks值對(duì)溫度不敏感。表面反應(yīng)控制， ks << hg ，Gksexp(-EA/kT)質(zhì)量傳輸控制， ks >> hg ，Ghg1/4.低壓化學(xué)氣相淀積的氣缺現(xiàn)象以及解決方法 （1）氣缺現(xiàn)象：氣體從反應(yīng)器的一端

44、進(jìn)入另一端排除，沿氣流方向反應(yīng)劑不斷消耗濃度降低，因此，襯底硅片上薄膜厚度也沿著氣流方向變薄，這種現(xiàn)象稱為氣缺現(xiàn)象。 （2）氣缺現(xiàn)象解決方法： 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，補(bǔ)償氣缺效應(yīng)的影響，減小各處淀積厚度差別。 采用分布式的氣體入口，就是反應(yīng)劑氣體通過一系列氣體口注入列反應(yīng)室中。需要特殊設(shè)計(jì)的淀積室來限制注入氣體所產(chǎn)生的氣流交叉效應(yīng)。 增加反應(yīng)室中的氣流速度，氣體入口前所消耗的反應(yīng)劑絕對(duì)量不變，但比例卻降低了，使更多的反應(yīng)劑氣體能夠輸運(yùn)到下游，在襯底上所淀積的薄膜厚度也就相對(duì)均勻了。5. CVD二氧化硅中磷的作用 在淀積SiO2時(shí)，摻入含磷的雜質(zhì)如磷烷（PH3

45、）, 生成含有P2O5的SiO2稱為磷硅玻璃（PSG）； 4PH3(g)+5O2(g) P2O5(s)+6H2(g) PSG的特點(diǎn)：應(yīng)力小，階梯覆蓋較好；可吸收堿性離子；P2O5遇水汽會(huì)水解為磷酸，因此對(duì)水汽阻擋能力差；軟化溫度低于未摻雜CVD-SiO2； 襯底淀積PSG之后，通過軟化溫度的退火使PSG回流，使襯底表面趨于平坦； PSG濃度高時(shí)，有很強(qiáng)的吸潮性，磷控制在68wt%； CVD-PSG之后再高溫退火回流，是超大規(guī)模集成電路工藝中一種重要的平坦化工藝技術(shù)；6.鎢的主要用途，覆蓋淀積鎢的工藝流程 難溶金屬鎢（W）,鉬（ Mo） 鉭（Ta）, 鈦（Ti）在IC中被用作互連系統(tǒng)，一般用CV

46、D方法淀積。 （1）W的主要用途： 作填充上下兩層金屬之間點(diǎn)連接通孔的填充插塞。 作局部互聯(lián)材料W的電導(dǎo)率低，只用作短程互連線 W的優(yōu)勢(shì)： 體電阻率較小7-12µ·cm； 較高的熱穩(wěn)定性（熔點(diǎn)3410 ）； 較低的應(yīng)力； 良好的抗電遷移能力和抗腐蝕性； 冷壁式LPCVD工藝制備硅的兩種方法：選擇淀積、覆蓋淀積 （2）覆蓋淀積鎢的工藝流程： 如果襯底上沒有二氧化硅或氮化硅這類鎢原子難以成核的部分，可直接用WF6 /H2反應(yīng)在整個(gè)陳地上淀積覆蓋式鎢膜。 通常硅襯底已經(jīng)進(jìn)行了多個(gè)工藝，部分表面已經(jīng)氧化，這時(shí)覆蓋淀積更加復(fù)雜：去氧化層；淀積附著層濺射或CVD-TiN膜；覆蓋式CVD

47、-W淀積；W膜的回刻；附著層的刻蝕 電遷移現(xiàn)象：金屬離子的定向遷移在局部區(qū)域由于質(zhì)量堆積而出現(xiàn)小丘或晶須，后由質(zhì)量虧損出現(xiàn)空洞，從而造成互聯(lián)性能退化或失效。7. 列舉多晶硅、TiN的主要用途（1）金屬化合物的用途： 在多晶硅/難熔金屬硅化物(polycide)多層?xùn)沤Y(jié)構(gòu)中應(yīng)用的金屬硅化物，如WSix、TaSi和MoSi2等； 在金屬多層互連系統(tǒng)中的附著層和（或）擴(kuò)散阻擋層的氮化物，如TiN等。 （2）TiN的用途： 多層互聯(lián)系統(tǒng)中可以作為擴(kuò)散阻擋層或附著層； 鋁互連系統(tǒng)中，TiN是擴(kuò)散阻擋層，防止硅/鋁間的擴(kuò)散； 銅多層互聯(lián)系統(tǒng)中，TiN是附著層，又是阻擋層； 銅與硅及二氧化硅附著性不好，Ti

48、N起黏結(jié)作用，且TiN可以阻硅/銅間的擴(kuò)散。 第8章 物理氣相淀積1. PVD的概念 物理氣相淀積（Physical vapor deposition，PVD）:是利用某種物理過程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由（靶）源氣相轉(zhuǎn)移到襯底表面形成薄膜的過程。2. 真空蒸鍍概念、基本過程 常用的兩種PVD方法：蒸鍍和濺射。 (1)真空蒸鍍：在高真空環(huán)境加熱原材料使之氣化，源氣相轉(zhuǎn)移到襯底，在襯底表面凝結(jié)形成薄膜的工藝方法。 按加熱方法：電阻蒸鍍、電子束蒸鍍、激光蒸鍍；按對(duì)襯底材料是否加熱：冷蒸、熱蒸； (2)三個(gè)基本過程：蒸發(fā)過程氣相輸運(yùn)過程成膜過程 蒸發(fā)過程：蒸發(fā)源原子從液體或固體表面溢出成為蒸汽原子

49、的過程； 氣相輸運(yùn)過程：源蒸汽從源到襯底表面之間的質(zhì)量輸運(yùn)過程。 分子平均自由程：粒子兩次碰撞之間飛行的平均距離。 其中，d為原子的半徑；真空室的真空度越高，蒸汽原子的平均自由程就越大。假設(shè)源到襯底表面的距離為L，為避免從源到襯底表面蒸汽原子因碰撞被散射或能量降低，分子的平均自由程應(yīng)大于L。 蒸鍍時(shí)必須保持室內(nèi)真空度足夠高，使從源溢出的原子以直線形式到達(dá)襯底表面。蒸發(fā)速率與蒸發(fā)源材料、蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)源與襯底的幾何空間位置、表面的清潔程度、加熱方式等因素有關(guān)。 成膜過程：到達(dá)襯底的蒸發(fā)原子在襯底表面先成核再成膜的過程。 成核：蒸發(fā)原子到達(dá)襯底表面的附著原子由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在表面移動(dòng)，如果碰上其它原

50、子便凝結(jié)成團(tuán)，當(dāng)原子團(tuán)達(dá)到臨界大小時(shí)就趨于穩(wěn)定。成核最容易發(fā)生在表面應(yīng)力高的結(jié)點(diǎn)位置。 成膜：隨著蒸汽原子的進(jìn)一步淀積，島狀成核原子團(tuán)不斷擴(kuò)大，直至延展至連續(xù)薄膜。真空蒸鍍所淀積的薄膜一般是多晶態(tài)或無定型薄膜。3.蒸汽壓、平衡蒸汽壓、蒸發(fā)溫度的概念 蒸汽壓：指在液態(tài)（固態(tài)）物質(zhì)表面存在該物質(zhì)的蒸汽，平衡時(shí)這些蒸汽對(duì)液（固）表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是該液（固）體的蒸汽壓。 平衡（飽和）蒸汽壓：一定的溫度下，與同種物質(zhì)的液態(tài)(或固態(tài))處于平衡狀態(tài)的蒸汽所產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫飽和蒸汽壓。飽和蒸汽壓隨著溫度升高而迅速增大。 蒸發(fā)溫度：在平衡蒸汽壓為1.333Pa時(shí)所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)溫度。4. 濺射的概念、基本過程（1）濺射：是指利用氣體反常輝光放電時(shí)氣體等離子化產(chǎn)生的離子對(duì)陰極靶轟擊，使陰極物質(zhì)飛濺出來淀積到基片上形成薄膜的一種PVD工藝。（2）將濺射分解為四個(gè)過程： 等離子體產(chǎn)生過程； 離子轟擊靶過程； 靶原子氣相輸運(yùn)過程； 淀積成膜過程； 等離子體的產(chǎn)生過程：指一定真空度的氣體中通過淀積加載電場(chǎng)，氣體被擊穿形成等離子體，出現(xiàn)輝光放電現(xiàn)象。 離子轟擊靶過程：是指等離子體中的