半導(dǎo)體工藝試驗(yàn)電子科技大學(xué)

1、微機(jī)電系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)之一集成電路基本制造工藝實(shí)驗(yàn)微機(jī)電系統(tǒng)課程組編寫電子科技機(jī)械電子工程學(xué)院2005年 3月實(shí)驗(yàn)名稱：集成電路基本制造技術(shù)工藝實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぜ呻娐坊局圃旃に嚨囊话悴襟E。掌握集成電路基本制造工藝各個(gè)步驟的要求。會(huì)計(jì)算方塊電阻。熟悉溫度控制、溶液配比要求等基本工藝參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理集成電路基本制造工藝建立在一些已經(jīng)成熟的工藝步驟基礎(chǔ)上，為了了解其生產(chǎn)過程，下面我們就了解這些工藝步驟?；镜墓に嚥襟E是：氧化層生長、熱擴(kuò)散、光刻、離子注入、淀積（蒸發(fā)）和刻蝕等步驟。（一）氧化氧化是在硅片表面生長一層二氧化硅（SOi2 ）膜的過程。這層膜的作用是：保護(hù)和鈍化半導(dǎo)體表面：作為雜質(zhì)選

2、擇擴(kuò)散的掩蔽層；用于電極引線和其下面硅器件之間的絕緣；用作 MOS 電容和 MOS 器件柵極的介電層等等。其實(shí)現(xiàn)的方法有：高溫氧化（熱氧化） 、化學(xué)氣相淀積（ CVT ）、陽極氧化、濺射等。氧化即生長在硅片表面上，也向硅片里面延伸，如圖 1 所示。圖 1 在硅表面生長氧化層一般氧化層的 45%的厚度是在初始表面上形成， 46%是在初始表面以下生成。通常氧化層的厚度， 薄的可以小于 500A（柵氧化層），厚的可以大于 1000? （場氧化層）。氧化的范圍為 700-1100，氧化層的厚度和它的生長進(jìn)間成比例。常用的氧化方法是高溫氧化。所以這里，我們著重強(qiáng)調(diào)一下高溫氧化。高溫氧化就是把硅襯底片置于

3、 1000以上的高溫下， 并通入氧化性氣體 （如氧氣、水汽），使襯底本身表面的一層硅氧化成 Si O2 。高溫氧化又分為：干氧氧化、濕氧氧化和水汽氧化三種。實(shí)踐表明，干氧氧化速率慢，但所得到的二氧化硅層質(zhì)量較好，且和光刻膠有良好的粘附性（不易“浮膠” ），而水汽氧化恰恰相反，氧化速度快，使所得二氧化硅層質(zhì)量較差，而且過量的水還有腐蝕 Si 的作用，所以很少單獨(dú)采用水汽氧化。但如果在氧中摻入一定量的水汽（就是所謂的濕氧氧化的方法） ，就在一定程度上解決了氧化速度和氧氣質(zhì)量之間的矛盾，因此不宜于在生長較厚的氧化層時(shí)使用。但終究濕氧氧化生成的二氧化硅層的質(zhì)量不如干氧氧化的好，且易引起 Si 表面內(nèi)雜

4、質(zhì)再分布。 所以，在生長較厚的氧化層時(shí)， 往往采用干氧 -濕氧 -干氧的工藝步驟，這既可以使氧化時(shí)間不致過長而能保證工藝對(duì)氧化層質(zhì)量的要求。高溫氧化打賭量：干氧氧化在高溫下，氧氣與硅接觸時(shí)是通過以下化學(xué)反應(yīng)在硅表面形成二氧化硅的S1O2Si O2可見一個(gè)氧分子就可以生成一個(gè)二氧化硅分子。隨著Si O2 層的生成，在氧和硅表面之間隔著一層 Si O2 ，那么氧和硅怎樣才能繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)呢？顯然，那么是氧必須擴(kuò)散通過已有的 Si O2 層（氧在 Si O2 中的滲透很慢），要么是硅原子必須擴(kuò)散通過已有的 Si O2 層，現(xiàn)在用放射示綜實(shí)驗(yàn)表面： Si O2 層繼續(xù)生長是通過氧擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)的。氧在 Si

5、 O2 中擴(kuò)散是以離子形式進(jìn)行的。氧進(jìn)入Si O2 后便離解成負(fù)離子：O2O2 空穴氧離子通過擴(kuò)散而達(dá)到 Si O2SI界面，然后在界面處于 SI 發(fā)生反應(yīng)而形成新的 Si O2 ，從而使得 Si O2 層越長越厚。干氧氧化含有的含離子通過SO2 的擴(kuò)散和在S OSii 2I 界面上與硅發(fā)生反應(yīng)這兩個(gè)過程。在較高溫度（例如1000以上）下，界面化學(xué)反應(yīng)速度較快，而氧離子擴(kuò)散通過Si O2 的過程較慢，因此，氧化速度將主要取決于氧化氧離子擴(kuò)散過程 SOS O2層將不斷增厚，氧化速i 2 層的快慢。顯然，這時(shí)隨著氧化的進(jìn)行，i度也就越來越慢。2. 水汽氧化水汽氧化的化學(xué)反應(yīng)是SI 2H 2 O S

6、i O2 2 H 2可見需要兩個(gè)水分子才能使一個(gè)硅原子形成一個(gè)Si O2 分子，而且反應(yīng)產(chǎn)物中出現(xiàn)有氫氣。由于水汽氧化過程中 Si O2 網(wǎng)絡(luò)不斷遭受消弱， 致使水分子在 Si O2 中擴(kuò)散也較快（在 1200以下，水分子的擴(kuò)散速度要比氧離子的快十倍） 。因此，水汽氧化的速度要比干氧氧化的快。高溫氧化的規(guī)律：在干氧氧化中，決定氧化速度的基本使氧分子（暫不考慮離解效應(yīng)）擴(kuò)散通過 Si O2 層和在硅表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)過程。 在氧化時(shí)間較短、 Si O2 層較薄時(shí)，表面化學(xué)反應(yīng)的過程是主要的， Si O2 層厚度將隨時(shí)間線性地增加；而在氧化時(shí)間較長、 Si O2 層較厚時(shí)，擴(kuò)散過程是主要的，

7、Si O2 層厚度將隨時(shí)間而作亞拋物線式地增加。（二）擴(kuò)散半導(dǎo)體工藝中擴(kuò)散是雜質(zhì)原子從材料表面向內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)。和氣體在空氣中擴(kuò)散的情況相似，半導(dǎo)體雜質(zhì)的擴(kuò)散是在800-1400溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。從本質(zhì)上來講，擴(kuò)散是微觀離子作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這種運(yùn)動(dòng)總是由離子濃度較高的地方向著濃度較低的地方進(jìn)行，而使得離子得分布逐漸趨于均勻；濃度差別越大，擴(kuò)散也越快。根據(jù)擴(kuò)散時(shí)半導(dǎo)體表面雜質(zhì)濃度變化的情況來區(qū)分，擴(kuò)散有兩類， 即無限雜質(zhì)源擴(kuò)散 （恒定表面源擴(kuò)散） 和有限雜質(zhì)源擴(kuò)散 （有限表面源擴(kuò)散），其分布圖如圖 2 所示。(a) 表面處有無限雜質(zhì)源(b) 表面處有有限雜質(zhì)源圖 2擴(kuò)散雜質(zhì)分布作為時(shí)間的函

8、數(shù)第一種類型是恒定表面源擴(kuò)散，在整個(gè)擴(kuò)散過程中硅片表面得雜質(zhì)濃度始終不變。假設(shè)在 t= 0 時(shí)，材料表面有一無限的雜質(zhì)源 N0。材料內(nèi)雜質(zhì)濃度的分布是雜質(zhì)進(jìn)入材料內(nèi)部深度的函數(shù)，隨著時(shí)間的推移，該濃度逐步增加并超過擴(kuò)散前的濃度 NB。第二種類型的擴(kuò)散是有限表面源擴(kuò)散，在擴(kuò)散之前，在硅表面淀積一層雜質(zhì)，在整個(gè)擴(kuò)散過程中不再有新源補(bǔ)充。假定在材料表面有有限雜質(zhì)源。 t= 0 時(shí)其值為 N0 然而，隨著時(shí)間的推移，表面的雜質(zhì)濃度趣步減小，此處 NB 是半導(dǎo)體內(nèi)擴(kuò)散前的雜質(zhì)濃度。值得注意的是， 有限源擴(kuò)散服從高斯分布，如圖 3 所示。圖 3. 高斯分布示意圖隨著擴(kuò)散時(shí)間的加長，雖然進(jìn)入半導(dǎo)體的雜質(zhì)總量

9、 Q 不變，但是擴(kuò)散深度確不斷的增大，而且表面的了濃度不斷的下降。顯然，這種擴(kuò)散有利于制作表面濃度較低、而深度較大的 p-n 結(jié)（例如基區(qū)擴(kuò)散形成的集電結(jié)） 。擴(kuò)散分別用于預(yù)淀積和再擴(kuò)散，預(yù)淀積的目的是在靠近材料表面的地方形成高濃度的雜質(zhì)趣?？蓴U(kuò)散到硅中的最大雜質(zhì)濃度隨雜質(zhì)元素而異，最大濃度決定于元素的固溶度，常用元素固溶度的范圍約在 5 10202 1021 原子 / cm3 。再擴(kuò)散是在預(yù)淀積之后進(jìn)行，其目的是將雜質(zhì)推入半導(dǎo)體內(nèi)部，擴(kuò)散前的襯底雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散進(jìn)入襯底的相反類型的雜質(zhì)濃度相綽的地方就是半導(dǎo)體的“結(jié)”。這個(gè)結(jié)位于 p 剁和 n 型材料之間，故稱為“ Pn 結(jié)”，半導(dǎo)體表面與結(jié)之

10、間的距離稱為結(jié)深。典型的擴(kuò)散結(jié)深為 0.1um（預(yù)淀積擴(kuò)散）到 20um（再擴(kuò)散）之間。擴(kuò)散結(jié)深：擴(kuò)散的結(jié)深可以近似的用表達(dá)式，式中 A 是一個(gè)與 NS/NB 有關(guān)的常數(shù)。決定擴(kuò)散結(jié)深的因素有四個(gè)：a. 襯底雜質(zhì)濃度 NB在相同分布下， NB 越大則 xj 愈小，如圖 4 所示。圖 4擴(kuò)散后 xj 與 NB 的關(guān)系因此，對(duì)高摻雜的襯底，一般擴(kuò)散結(jié)深較淺。也正因?yàn)槿绱?，所以通常就說雜質(zhì)較難擴(kuò)散到高摻雜襯底中去。b. 表面雜質(zhì)濃度 NS對(duì) erfc 分布， NS 愈低，則擴(kuò)散進(jìn)入體內(nèi)的雜質(zhì)總量就愈小，從而但因?yàn)?NS 與溫度關(guān)系不大，故通過改變NS來控制 xj 是不現(xiàn)實(shí)的。xj愈淺。對(duì)高斯分布，在

11、 Q 不同的情況下， NS 愈大（即 Q 愈大），則顯然 xj 愈大；但在 Q 相同的情況下， NS愈大（擴(kuò)散溫度或擴(kuò)散時(shí)間減小所致） ，反而 xj 愈小，如圖 3 所示?？傊?， NB 和 NS 對(duì) xj 都有影響，而且NS 的影響更為復(fù)雜些。不過決定xj 的主要因素還是擴(kuò)散溫度（即D）和擴(kuò)散時(shí)間這兩個(gè)因素。c. 擴(kuò)散時(shí)間 t設(shè)擴(kuò)散時(shí)間 t 在 1 小時(shí)以上，所得的結(jié)深 xj2.5 3.5um；因?yàn)?j 正比根號(hào) t，x如果 t 差了 10%（即差 6 分鐘），則將引起 xj 的誤差僅 5%（即 0.14um）。因此，如果要求 xj 的誤差小于 5%，則擴(kuò)散時(shí)間 t 的誤差只要小于 6 分鐘即

12、可，這是很容易做到的。d. 擴(kuò)散溫度 T擴(kuò)散系數(shù) D 對(duì)結(jié)深的影響就體現(xiàn)在溫度 T 上，溫度對(duì)結(jié)深的影響很大，它與結(jié)深成指數(shù)關(guān)系。所以，精確的控制溫度是搞好擴(kuò)散工藝的關(guān)鍵之一。擴(kuò)散方塊電阻圖 5方塊電阻定義示意圖如圖 5 所示結(jié)深為xj 、長寬相等的一個(gè)擴(kuò)散薄層（設(shè)平均電阻率為）的電阻，就是該擴(kuò)散層的方塊電阻（或稱為薄層電阻）即Ro11x*j l x jx*j其中， 為擴(kuò)散層的平均電導(dǎo)率。注意Ro 的單位是“”不過為了強(qiáng)調(diào)是一個(gè)方塊電阻，常記為“ /”。若襯底中原有底雜種濃度分布為NB(x)，而擴(kuò)散雜質(zhì)底濃度分布為 N(x)，則擴(kuò)散層中有效雜質(zhì)濃度分布為 N e ( x)N (x)N B (x

13、) 在 xj 處，Ne ( x) 0 。又若雜質(zhì)是全部電離底，則載流子濃度分布也是Ne (x) 。于是擴(kuò)散層底電導(dǎo)率或電阻率底分布為1N e (x) q( x)( x)式中 q 為電子電荷；為載流子遷移率；而平均電導(dǎo)率可表示為1 x j1 x j( x)dxNe (x)q dx00 xjxj如果為常數(shù)（即與坐標(biāo) x 無關(guān)），則Ro1x jqNe (x)dx0式中底積分 qxjxj 出的有效雜質(zhì)總量；Ne (x)dx ，顯然是代表從單位面積擴(kuò)散到0而 1x jNe ( x)dx 即代表擴(kuò)散層中的平均摻雜濃度， 進(jìn)而，如果襯底中原有的雜質(zhì)x j0濃度很底，近似有 Ne (x)N (x) ，則xjx

14、jNe ( x)dxN ( x) dx Q00故Ro1q Q這里 Q 是單位面積底擴(kuò)散雜質(zhì)總量。因此， R 的大小友映了擴(kuò)散到體內(nèi)的雜質(zhì)總量的多少，雜質(zhì)總量 Q 越大， R 就越小。（三）光刻光刻是一種復(fù)印圖象和化學(xué)腐蝕相接合的綜合技術(shù)。它先采用照相復(fù)印的方法，將事先制好的光刻板上的圖象精確地、重復(fù)地印在涂有感光膠的 Si O2 層（或 AL 層上），然后利用光刻膠的選擇性保護(hù)作用對(duì) Si O2 層（或 AL 層）進(jìn)行選擇性的化學(xué)腐蝕，從而在 Si O2 層（或 AL 層）刻出與光刻版相應(yīng)的圖形，如圖所示。圖 6 光刻示意圖光刻的基本要素是光刻膠和掩模版，掩模版使部分的光刻膠暴露在紫外光（UV

15、 ）下，而把另一部分遮擋起來集成電路由許多層不同的材料組成，借以形成不同的器件或元件；先畫出這一層被放大了的圖形，然后利用光學(xué)的方法將它們縮小到需要的面積但最常用的方法是產(chǎn)生一計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，它確定各層的適當(dāng)面積，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)工具，這些面積可能被限制為只能是矩形，光刻膠（或稱光致擾蝕劑）是一種有機(jī)化含物，在紫外光照射下其性質(zhì)會(huì)改變。光刻膠分為正膠、負(fù)膠兩種。采用正膠時(shí)，它在掩模版有圖形的地方生成一層保護(hù)膜（對(duì)紫外光、有圖形的地方是不透明的）。采用負(fù)膠時(shí)，在沒有圖形的地方生效保護(hù)層（這部分的掩模版對(duì)紫外光是透明的）。用正膠時(shí)，受紫外光照射的SOi2 （或金屬蒸部分光刻膠可以用溶劑（顯影液）去掉，留

16、下未被照射的部分。相反，如果用的是負(fù)膠，受紫外光照射的部分不溶于溶劑中，因此，去掉的是未被照射的區(qū)域。光刻工藝的第一步是硅片清洗處理。其目的是使片子表面清潔干燥。能和抗蝕劑很好地粘附?？捎脻饬蛩嶂螅錈崛ルx子水沖，最后烘干即可。第二步是涂膠。將光刻膠涂在硅片表面上。硅片表面要量很干凈才可使膠根好地粘附。涂膠后，硅片以每分鐘幾千轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，使膠能均勻涂布在表面上；光刻膠的厚度只和旋轉(zhuǎn)的角逮度有關(guān)。第三步是在 80-110下將硅片“前烘” 510 分針，以使其中的溶劑揮發(fā)。第四步是在紫外光下對(duì)硅片進(jìn)行選擇曝光?？梢圆捎煤脦追N曝光系統(tǒng)，最簡單的是直接接觸曝光系統(tǒng)。這種方法要用一塊和硅片實(shí)際尺寸相同

17、的玻璃，在和涂了膠的硅片相接觸的那了面有設(shè)計(jì)好的圖形 （不透光的介質(zhì)），這種玻璃片通常叫掩模版。這種接觸曝光系統(tǒng)分辨率高、產(chǎn)出高而價(jià)格低廉。但是，由于是直接接觸，掩模版逐漸被磨損；使用 10-25 次后就要更換。同時(shí)，還會(huì)引進(jìn)雜質(zhì)或缺陷。第二種曝光系統(tǒng)叫投影曝光系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，掩模版不與硅片接觸，掩模版上的圖形通過透鏡投影到硅片上。由于掩摸版不接觸硅片，使用次數(shù)增多而且缺陷也減少，這對(duì)集成電路的制造是極其重要的。第三種曝光系統(tǒng)叫直接硅片步進(jìn)重復(fù)曝光系統(tǒng) （DSW ）。這種系統(tǒng)改善子分辨率并減少了缺陷，它使用比硅片上的實(shí)際圖形大 1 到 10 倍的掩模版。 雖然也要求掩模版有較高的質(zhì)量，不過

18、，它上面的缺陷或塵埃在投影到硅片止時(shí)都將縮小 10 倍（對(duì)10X 的掩模版而盲）。在 DSW 工藝中，掩摸版上的圖形只是一個(gè)芯片的圖形，而在其他工藝中，掩模版上的圖形是許多芯片圖形組成的矩陣。矩陣的大小要求能覆蓋整片硅片。所以， DSW 掩模版要在硅片上重復(fù)進(jìn)行曝光和快速移動(dòng)，直到完成整片硅片的復(fù)制工作。顯然， DSW 工藝比上述其他工藝產(chǎn)出要低。電子束技術(shù)已越來越廣泛地用來做高分辨率和小圖形的曝光系統(tǒng)。由于其分辨率高（小于 1um）。第五步，曝光后，選擇性地除去光刻膠的過程叫顯影，顯影液般用丁酮，將顯影后地片子浸入丁酮中，約一分鐘后再將其浸入新丁酮中洗干凈（約一分鐘）取出用離子水漂洗干凈，顯

19、影后的端片在稍高于 100溫度下進(jìn)行“后烘”即堅(jiān)膜，以便保留的光刻膠有更好的附著能力。拱干了的光刻膠保護(hù)住它下面所選定的面積，使得在腐蝕多晶硅，氧化層或金屬時(shí)不會(huì)受所用的酸的侵蝕。光刻膠在完成了保護(hù)作用之后可用溶劑去掉，該溶劑對(duì)膠下面的薄層材料不會(huì)有影響。這個(gè)工藝重復(fù)使用于集成電路的各材料層。第六步是腐蝕。它是光刻工藝中重要的工序之一它將光刻膜上已經(jīng)出現(xiàn)的發(fā)層）腐蝕掉，在腐蝕時(shí)要很好的掌握腐蝕液的溫度和腐蝕時(shí)間，不然會(huì)引起鉆蝕的等現(xiàn)象。第七步是去膠。腐蝕完畢，用濃硫酸煮沸，以使膠層炭化脫落，可去掉片上的膠層，然后用水沖洗。H 3PO4 ）（四）離子注入它廣泛應(yīng)用于生產(chǎn) MOS 器件子注入是將某

20、種雜質(zhì)的離子用定電場加速到高速度之后，嵌入半導(dǎo)體材料之中。其平均穿透深度在 0.1-0.6um 之間，取決于離子撞擊硅片時(shí)的速度。離子的軌跡受到和其他離子不斷碰撞的影響。這種離子注入過程會(huì)破壞半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)，但在注入后將半導(dǎo)體溫度升高到800退火， 使離子處于可動(dòng)狀態(tài)并嵌入到半導(dǎo)體晶格中去， 可使晶格結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)完整。離子注入可以替代擴(kuò)散，因?yàn)檫@兩種工藝的目的都是將雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體材料中，離子注入和擴(kuò)散相比，有許多優(yōu)點(diǎn)；第一是能準(zhǔn)確控制摻雜的濃度（在5以內(nèi)）。產(chǎn)品的重復(fù)性很好， 這樣就可以用它來調(diào)整 MOS 器件的閥值電壓或者生產(chǎn)高精度的電阻。第二是可以在室溫下進(jìn)行注入，然后在較高溫度下退火以

21、消除晶格缺陷。第三是它可以穿透一個(gè)薄層注入。因此被注入的材料不必暴露在污染的環(huán)境中。擴(kuò)散則與離子注入不同，它要求表面沒有氧化層或氮化層。最后一點(diǎn)是離子注入可以控制被注入雜質(zhì)的分布狀況。例如，如果需要，可以在硅片表面層下形成一個(gè)濃度峰值。（五）淀積淀積是在硅片上淀積各種材料的薄膜?？梢杂谜婵照舭l(fā)、濺射，或化學(xué)汽相淀積（ CVD ）的方法淀積薄膜。在真空蒸發(fā)淀積時(shí)，固體材料（鋁）被放在10 5 Torr(LTorr 133.332Pa) 的真空中加熱至蒸發(fā)態(tài)蒸發(fā)分子撞擊到較冷的硅片，在硅片表面冷凝形成約 1um 厚的固態(tài)薄膜，濺射技術(shù)是用正離子去轟擊涂有需要淀積材料的陰極（靶）。由于動(dòng)量的直接轉(zhuǎn)化

22、，作為靶的材料被撞出并淀積到放在陽極的硅片上。在集成電路生產(chǎn)中用作淀積的濺射系統(tǒng)有直流（ dc），射頻（rf ）或磁控管（磁場）濺射系統(tǒng)。濺射通常也在真空中進(jìn)行，但氣壓的范圍是75 10 3 Torr 。化學(xué)汽相淀積是利用在硅片附近發(fā)生汽相的化學(xué)反應(yīng)或高溫分解而在硅片上淀積一層薄膜的過程。這種淀積工藝一般用于淀積多晶硅、二氧化硅（ SO760Torr）下形成，也可i 2 ）或氮化硅?；瘜W(xué)汽相淀積通常在大氣壓（在低壓 0.3-1Torr 下形成。此時(shí)，淀積速率提高約3 個(gè)數(shù)量級(jí)。這種技術(shù)叫低壓化學(xué)汽相淀積（ LPCVD ）。（六）刻蝕（即腐蝕）刻蝕是去除無保護(hù)層的表面材料的過程。在前面介紹光刻工

23、藝時(shí)已經(jīng)討論了如何使部分表面材料暴露，而把其他部分保護(hù)起來，由于刻蝕可在各個(gè)方向起作用，因此水平方向的刻蝕將產(chǎn)生鉆蝕（undercut）。有一些擇優(yōu)的刻蝕工藝可使鉆蝕減至最小，但還是無法完全杜絕。同樣，如果底層材料的腐蝕速率不是零，為保證頂層材料充分除掉，必然對(duì)底層也有一定的腐蝕作用。為減小這一效應(yīng)，頂層的腐蝕速率至少應(yīng)是底層 10 倍。通常，需要腐蝕的材料有多晶硅、二氧化硅、氮化硅和金屬。有濕法和干法兩種基本腐蝕工藝；濕法腐蝕是用化學(xué)藥晶除去待腐蝕的材料。如用氫氟酸（HF）腐蝕二氧化硅；磷酸（腐蝕氮化硅：硝酸，乙酸（醋酸）盛氫氟酸腐蝕多晶硅；某種磷酸的混合液可用來腐蝕金屬。濕法腐蝕與腐蝕時(shí)間

24、及溫度有很大的關(guān)系。濕法腐蝕所用的酸要小心存放，因?yàn)樗鼈冇袧撛诘奈ｋU(xiǎn)性。干法腐蝕（又稱等離子腐蝕）所用的離子氣體是具有化學(xué)活潑性的射頻淬離子體。這一工藝需要進(jìn)行精確的控制，可調(diào)節(jié)的變量有壓力，氣體流速、氣體混合比和射頻功率。干法腐蝕和濺射十分相似并可使用相同的設(shè)備。反應(yīng)離子腐蝕 （ RIE）是將物理作用和化學(xué)作用結(jié)合起來，這種方法的腐蝕結(jié)果是各向異性的。三、實(shí)驗(yàn)步驟前面提到，半導(dǎo)體基本的工藝步驟是：氧化層生長、熱擴(kuò)散、光刻、離子注入、淀積（蒸發(fā)）和刻蝕等步驟。下面我們就工藝具體過程以及相關(guān)方法和設(shè)備做一介紹。（一）氧化層生長氧化分為高溫氧化（熱氧化） 、化學(xué)氣相淀積（ CVT ）、陽極氧化和濺

25、射等。在硅器件工藝中，用作擴(kuò)散掩蔽的 Si O2 層，常常是采用高溫氧化，這樣得到的 Si O2 層結(jié)構(gòu)致密，掩蔽性能良好。但是氧化過程中不免會(huì)出現(xiàn)氧化層厚度不均勻，表明出現(xiàn)斑點(diǎn)，氧化層出現(xiàn)針孔。通常用以下方法檢驗(yàn)： （1）化學(xué)腐蝕法，這種方法是吧硅片放在乙二胺 （17ml）加鄰苯二酚（3g）加水（8ml）的混和液中，并通入氮?dú)狻＃?）氯化鈉一酚酞電解染色法， 電解液的配方是： 5%的氯化鈉水溶液： 1酚酞乙醇溶液 =1:1，電壓大小為 10-20V，電解時(shí)間約 5 分鐘。（3）鋁的陽極氧化法，該方法是檢驗(yàn)出在一定區(qū)域內(nèi)是否存在缺陷，是實(shí)踐中較為常用得一種方法。其操作步驟是：先在二氧化硅層上蒸

26、發(fā)一層厚度約為 1um 得鋁膜，然后光刻出一定得圖形， 接著在 500左右合金，最后把片子放在 2硫酸溶液中進(jìn)行陽極氧化。另外，再高溫氧化中為了防止堿金屬，重金屬等有害雜質(zhì)的污染，在生產(chǎn)中淀積二氧化硅常用以下方法： （1）烷氧基硅烷熱分解淀積二氧化硅。（2）硅烷熱氧化淀積二氧化硅。（二）有源擴(kuò)散擴(kuò)散方法按雜質(zhì)源分：有液態(tài)源擴(kuò)散、固態(tài)源擴(kuò)散、氧化物源擴(kuò)散等。按擴(kuò)散系統(tǒng)分有開管式擴(kuò)散、閉管式擴(kuò)散、法箱擴(kuò)散等。液態(tài)源擴(kuò)散利用氣體通過液態(tài)雜質(zhì)源，攜帶著雜質(zhì)源蒸氣進(jìn)入加熱到1000左右的石英管中實(shí)現(xiàn)向半導(dǎo)體中摻雜的一種擴(kuò)散方法。（三）光刻光刻一般要經(jīng)歷以下過程：硅片的清洗處理、涂膠、前烘、對(duì)準(zhǔn)與曝光、顯

27、影與堅(jiān)膜、腐蝕和去膠。通常我們用圖 7 示的設(shè)備進(jìn)行投影曝光和圖 8 所示的設(shè)備進(jìn)行等離子體腐蝕和去膠。圖 7 投影曝光示意圖圖 8 等離子體處理設(shè)備圖（四）離子注入離子注入是可以替代擴(kuò)散的一種工藝，它能很好的控制雜質(zhì)源的分布。（五）淀積掩膜層淀積就是在硅表明做一層膜。掩膜的方法很多，有 X 射線曝光掩膜、低溫鈍化技術(shù)、化學(xué)氣相淀積等技術(shù)。下面就談?wù)劯鞣N掩膜方法。 X 射線曝光掩膜，是以一種吸收小的物質(zhì)作為掩膜襯底， 一種吸收大的金屬復(fù)在表面并制成圖形，從而得到較大的反差。圖 9 是聚酯膜 X 射線掩膜。低溫氧化技術(shù)是把做擴(kuò)散掩蔽用的高溫氧化硅層全部去掉， 在 800以下低溫將絕緣層覆蓋在硅表面上。 化學(xué)氣相淀積是加熱、等離子體、光輻射等能源使氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)并淀積在硅表明上的工藝過程。它減少了高溫過程，適合隔離、鈍化多晶硅柵、多層互聯(lián)工藝需要。如圖 10 是熱分解淀積二氧化硅裝置，這種方法硅片本身不參加形成二氧化硅的反應(yīng)。圖 9 聚酯膜 X 射線掩膜圖 10 真空熱分解淀積二氧化硅裝置（六）干法刻蝕干法刻蝕有兩種：等離子刻蝕（圖11）和反應(yīng)離子刻蝕。等離子刻蝕基本上是化學(xué)反應(yīng)，即各向同性?？涛g氣體在 RF 作用下輝