微技二班以碳化硅SiC為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料近10年迅速發(fā)展已成為

1、摘 要以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，近 10 年迅速發(fā)展，已成為目前半導(dǎo)體功率器件研究的熱點。作為一種新型的半導(dǎo)體材料，SiC 比Si 和GaAs 具有更優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電特性。因此，SiC 器件和各類傳感器已逐步成為關(guān)鍵器件之一，發(fā)揮著越來越重要的作用。在了解SiC 各種性質(zhì)和普通Si 工藝的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一個SiC MOSFET 的制作工藝流程。通過MOSFET。、氧化、光刻、刻蝕和鍍金屬等步驟，最終制作成 SiC：碳化硅，半導(dǎo)體，微電子，工藝，MOSFETABSTRACTSilicon carbide (SiC) as the represenive of wide

2、 bandgap semiconductor materialswith nearly 10 years of radevelopment, hase the current hot topicshe studyof semiconductorer devi. As a new type of semiconductor material, SiC has betterphysical and chemical properties and electrical characteristicsn Si and GaAs. Therefore,SiC deaviand various types

3、 of sensors have graduallye one of the keycomponents and are playing an increasingly important role.In understanding the various properties of SiC and ordinary Si pros, This prdesigns a SiC MOSFETs production pros.SiC MOSFET was producted by technologieslike washing oxidation lithography etching and

4、 metalization.Keywords: SiC,semiconductor,microelectronics,technology,MOSFET目 錄第 1 章 引言11.1 SiC 器件的研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢11.21.31.41.5選題依據(jù)及意義1課題研究內(nèi)容2實驗基礎(chǔ)2特色或創(chuàng)新點2第 2 章. 3超聲波RCA. 3法4第 3 章 氧化7氧化膜7氧化膜的性質(zhì)7氧化膜的用途9熱氧化生長11氧化方式11氧化設(shè)備12第 4 章 光刻14光刻概念14光刻工藝16工藝類型16工藝步驟16第 5 章 刻蝕245.15.25.3刻蝕工藝24刻蝕參數(shù)25濕法腐蝕285.3.15.3.25.3.3濕

5、法腐蝕簡介28濕法腐蝕的參數(shù)28濕法腐蝕種類285.4 去除光刻膠29第 6 章 鍍金屬30金屬化簡介30金屬淀積系統(tǒng)316.2.16.2.26.2.3蒸發(fā)31濺射33化學(xué)氣相淀積與電鍍346.3 lift-off 剝離工藝35第 7 章 實驗步驟37工藝簡介37掩膜版介紹37實驗步驟簡介37具體工藝過程397.3測試45第 8 章 結(jié)束語49參考文獻50致謝51外文資料原文52外文資料譯文60第 1 章 引言1.1 SiC 器件的研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料，是繼以硅（Si）和砷化鎵（GaAs）為代表的第一代、第二代半導(dǎo)體材料之后，近 10

6、年迅速發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體材料，已成為目前半導(dǎo)體功率器件研究的熱點。1，新開發(fā)的SiC MOSFET 與的 20%，同時工作時的功率損目前電力電子領(lǐng)域應(yīng)用的固態(tài)主流器件是Si相比，在耐壓 1100V 的條件下開阻是 Si-Si-耗也是的 20%，大幅度降低了 Si 系器件的開關(guān)損耗，該器件的應(yīng)用可大幅度地節(jié)省電力資源，在大家電領(lǐng)域可廣泛使用。羅姆公司的 SiC 器件制造水平可謂是世界最先進。該公司于 2010 年 4 月開始 SiC-SBD 的量產(chǎn)，2010 年 12 月開始 SiC-MOSFET 的量產(chǎn)。一直以來,羅姆積極推進溝槽型SiC-MOSFET 等產(chǎn)品的研究開發(fā),通過將其量產(chǎn)化,早于

7、其他公司率先推出領(lǐng)先一步的SiC 元器件。羅姆認為電動汽車、混合動力汽車等也是 SiC 可以發(fā)揮的領(lǐng)域, 對于新能源汽車來說，在控制電氣方面，SiC 是不可或缺的。總之，碳化硅有著優(yōu)良的物理和電氣特性,可期待在電力變換容量、低耗等方面硅材料。1.2 選題依據(jù)及意義作為一種新型的半導(dǎo)體材料，SiC 以其優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電特性成為制造短波長光電子器件、高溫器件、抗輻照器件和大功率高額電子器件最重要的半導(dǎo)體材料2。特別是在條件和惡劣條件下應(yīng)用時，SiC 器件的特性遠遠超過了Si 器件和GaAs 器件。因此，SiC 器件和各類傳感器已逐步成為關(guān)鍵器件之一，發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，SiC 器件

8、的研究主要以分立器件為主。對于每一種器件結(jié)構(gòu)，其最初的研究都是將相應(yīng)的Si 或者 GaAs 器件結(jié)構(gòu)簡單地移植到SiC 上，而投有進行器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。由于SiC 的本征氧化層和Si 相同，均為 SiO2，這意味著大多數(shù)Si 器件特別是 MOS 型器件都能夠在SiC 上制造出來。由于寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、電子飽和漂移速度高等特點而被認為是制作高溫大功率器件最理想的半導(dǎo)體材料之一。尤其重要是的，SiC 材料是目前惟一能夠熱氧化生成二氧化硅的化合物半導(dǎo)體材料，這就使得 SiC 器件的得以與現(xiàn)有的Si 器件工藝兼容, 易于SiCMOS 器件。 與傳

9、統(tǒng)的Si MOSFET 相比, SiC MOSFET 可以在更高的溫度和電壓下工作, 而且具有非常好的轉(zhuǎn)移特性。1.3 課題研究內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計研究的主要內(nèi)容有：第一，了解SiC MOSFET 的工作原理；第二，掌握SiC MOSFET 的后做分析總結(jié)。工藝；第三，對SiC MOSFET 做電學(xué)性能測試；第四，最1.4 實驗基礎(chǔ)本課題的實驗基礎(chǔ)是微電子工藝。課題研究的主要過程都將在學(xué)校的微細加工中心完成，由微細加工中心的老師和學(xué)長輔助。所需掌握的工藝基礎(chǔ)有刻、刻蝕和金屬化。、氧化、光1.5特色或創(chuàng)新點本課題的特色在于實踐性，本科階段的學(xué)習(xí)主要以理論為主，而本課題深入接觸各種微電子工藝。在此過，

10、不但可以鞏固吸收有關(guān) SiC MOSFET 的科技知識，也將更加熟悉微電子加工工藝的流程。第 2 章由于晶片上關(guān)鍵尺寸的持續(xù)縮小，晶片表面在經(jīng)受工藝之前必須是潔凈的。控制沾污最有效的途徑是防止沾污晶片。然而一旦晶片表面被沾污，沾污物必須通過清除。晶片片的目標(biāo)是去除所有表面沾污：顆粒、有機物、金屬和自然氧化層3。每一工藝步驟都是晶片上器件潛在的沾污源。因而當(dāng)剛拿到一塊SiC片首先要對其進行，因為放置過一段時間表面或多或少都會被污染。這些沾污會在顯影和刻蝕中引起光刻膠的漂移，也會導(dǎo)致不平坦的光刻膠涂布或在光刻膠中產(chǎn)生針孔。到目前為止，超聲波法、兆聲波方法可分為許多種，工業(yè)生產(chǎn)中使用較多的有：RCA

11、法、法、機械刷片法、氣相干洗、UV/O3、旋轉(zhuǎn)噴淋法、激光干法等4。本章要介紹的是典型的半導(dǎo)體方法-RCA法，以及超聲波技術(shù)，因為這兩種方法都在本次畢設(shè)中使用到。2.1超聲波圖2-1 超聲波儀超聲波是半導(dǎo)體工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種方法,該方法的優(yōu)點是:效果好、速度快、質(zhì)量高，操作簡單易于實現(xiàn)和自動化,不受件表面復(fù)雜形狀的限制，對于復(fù)雜的器件和容器也能清除。但也存在著缺點：超聲波時所用的乙醇、三氯乙烯等，易揮發(fā)，成本高，需加回收等設(shè)備：超聲波主要除去大顆粒，隨著顆粒尺寸的減小，效果下降；噪音較大，換能器易壞。超聲波儀見圖2-1.該法的原理如下：在超聲波作用下(常用的超聲波頻率為20kHz到40kHz

12、左右),液體介質(zhì)會產(chǎn)生疏部和密部,疏部產(chǎn)生近乎真空的空腔泡,當(dāng)空腔泡的瞬間,其附近便 產(chǎn)生強大的局部壓力,使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂，因此使硅片表面的雜質(zhì)解吸。當(dāng)超聲波的頻率和空腔泡的振動頻率時，機械作用力達到最大，泡內(nèi)積聚的大量熱能，使溫度升高，促進了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。超聲波的效果與超聲條件（如溫度、壓力、超聲頻率、功率等）有關(guān)，而且提高超聲波功率往往有利于效果的提高，但對于小于1m 的顆粒的去除效果并不太好。該法多用于清除硅片表面附著的大塊污染和顆粒。2.2 RCA法工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)濕法稱為RCA工藝。RCA標(biāo)準(zhǔn)法是1965年由無線電公司（RCA）的Kern和Puotinen等人在N.J.Princeto

13、n的RCA RCA是一種典型的、至今仍為最普遍使用的濕式化學(xué)法問世之后，幾十年來被世界各國廣泛采用。首創(chuàng)的，并由此而得名。法，自從20世紀(jì)70年代RCA的一般思路是首先去除硅片表面的有機沾污，因為有機物會遮蓋部分硅片表面，從而使氧化膜和與之相關(guān)的沾污難以去除；然后溶解氧化膜，因為氧化層是“沾污陷阱”，也會引入外延缺陷；最后再去除顆粒、金屬等沾污，同時使硅片表面鈍化。RCA的基本步驟最初只包括堿性氧化和酸性氧化兩步，但目前使用的RCA大多包括四步，即先用含硫酸的酸性過氧化氫進行酸性氧化，再用含胺的弱堿性過氧化氫進行堿性氧化氧化氫進行酸性氧化，接著用稀的氫氟酸溶液進行，最后用含鹽酸的酸性過，在每次

14、中間都要用超純水（DI水）進行漂洗，最后再用低沸點RCA進行干燥。法的第一步，使用的試劑為SPM（是Surfuric/Peroxide Mix 的簡稱），SPM 試劑又稱為SC-3 試劑（是Standard Clean-3 的簡稱）。SC-3 試劑是由H2SO4-H2O2-H2O 組成（其中H2SO4 與H2O2 的體積比為1:3），用SC-3 試劑在100-130溫度下對硅片進行是用于去除有機物的典型工藝。因為試劑中的各個成分在加熱時，都容易揮發(fā)出來。有些氣體具有刺激性氣味，而且對具有性，所以加熱試劑的時候，一定要將設(shè)備放在如圖 2-2 所示的環(huán)境當(dāng)中，這個洗氣臺能將氣體吸走。圖 2-2的試

15、劑加熱環(huán)境RCA法的第二步，使用的試劑為 APM（是 Ammoniroxide Mix 和簡稱），APM 試劑又稱 SC-1 試劑（ 是 Standard Clean-1 的簡稱 ）。 SC-1 試劑是由NH4OH-H2O2-H2O 組成，三者的比例為（1:1:5）-（1:2:7），時的溫度為 65-80；SC-1 試劑的主要作用是堿性氧化，去除硅片上的顆粒，并可氧化及去除表面少量的有機物和 Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr 等金屬原子污染；溫度控制在 80以下是為減少因氨和過氧化氫揮發(fā)造成的損失。RCA法的第三步，通常稱為 DHF 工藝是采用氫氟酸（HF）或稀氫氟酸（DHF），

16、HF：H2O 的體積比為 1：（解二氧化硅的特性，把在上步2-10），處理溫度在 20-25。是利用氫氟酸能夠溶過生成的硅片表面氧化層去除，同時將吸附在氧化層上的微粒及金屬去除。還有在去除氧化層的同時在硅晶圓表面形成硅氫鍵而使硅表面呈疏水性的作用（氫氟酸原液的濃度是 49%）。RCA法的第四步，使用的是 HPM 試劑（HPM 是 Hydrochloric/Peroxide Mix的簡稱），HPM 試劑又稱 SC-2 試劑。SC-2 試劑由 HCl-H2O2-H2O 組成（三種物質(zhì)的比例由 1：1：6 到 1：2：85），時的溫度控制在 65-80。它的主要作用是酸性氧化，能溶解多種不被氨絡(luò)合的

17、金屬離子，以及不溶解于氨水、但可溶解在鹽酸中的Al3+、Fe3+、Al（OH）3、Fe（OH）3、Mg（OH）2 和 Zn（OH）2 等物質(zhì)，所以對Mg2+、Zn2+等離子的去除有較好效果。溫度控制在 80以下是為減少因鹽酸和過氧化氫揮發(fā)造成的損失。經(jīng)過這四步，的表面就已相當(dāng)干凈。第 3 章 氧化硅基集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)之一是在硅片表面來熱生在一層氧化層的能力，而這也是碳化硅集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)之一。氧化物掩蔽技術(shù)是一種在熱生長的氧化層上通過刻印圖形和刻蝕達到對襯底進行擴散摻雜的工藝技術(shù)，這是大規(guī)模晶體管發(fā)展的關(guān)鍵。從這層意義上講，氧化在碳化硅的平面工藝發(fā)展中扮演了重要的角色，同時解釋了氧

18、化至今仍能在碳化硅基制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的原因。通過適當(dāng)?shù)闹圃炜刂?，氧化層具有高質(zhì)量、穩(wěn)定性和期待的介質(zhì)特性。由于這些特性，氧化是的，特別是對于MOS工藝中的柵結(jié)構(gòu)。熱氧化物可用來做介質(zhì)，如器件、注入的氧化層，應(yīng)力消除氧化物（墊氧）以及為光刻膠粘附的氮化物和多晶硅表面再氧化。SiC之所以在許多領(lǐng)域中有著廣泛的用途,主要是因為它能在其表面生成一層致密的SiO2保護膜而具有良好的抗氧化性能。氧化物可以通過淀積和熱生長得到。本章到氧化膜的性質(zhì)和它們?nèi)绾紊L。的中心是熱生長氧化物，看3.1 氧化膜氧化物可以通過熱生長或淀積形成，前者是高溫下高純氧氣與碳化硅襯底反應(yīng)，后者是外部供給氧氣和碳化硅源。通常碳

19、化硅上熱生長氧化層的溫度在750 1100之間。碳化硅上生長的氧化層稱為熱氧化硅或熱二氧化硅（SiO2)。由于硅的氧化物只有一種，所以上面說的兩個詞常常互換，它的另一種說法是玻璃。二氧化硅是一種介質(zhì)材料，不導(dǎo)電。3.1.1 氧化膜的性質(zhì)當(dāng)碳化硅片在氧氣中時，會立刻生長一層無定形的氧化膜。雖然不摻雜的碳化硅是半導(dǎo)體材料，可二氧化硅卻是種絕緣體。這種二氧化硅膜的原子結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，是由一個硅原子被四個氧原子包圍著的四面體單元組成的。無定形的二氧化硅的原子水平上沒有長程有序的晶格周期，這是因為四面體單元在晶格體內(nèi)沒有以規(guī)則的三維形式排列。SiO2的物理性質(zhì)：密度：表示SiO2結(jié)構(gòu)的致密程度；密度

20、大，表示致密程度高；二氧化硅的密度約為2.20g/cm3，硅的密度為2.23g/cm3.所以，硅的密度大于二氧化硅的密度，Si變成SiO2后體積會膨脹圖3-1 二氧化硅膜的原子結(jié)構(gòu)折射率：表示SiO2的光學(xué)性質(zhì)；SiO2的折射率約為1.46。電阻率：表示SiO2的電學(xué)性質(zhì)；SiO2的電阻率約為1016cm。厚度的SiO2薄膜的耐壓能力；106107V/cm。介電強度：表示介電常數(shù)：表示SiO2的電容性能；SiO2的相對介電常數(shù)SiO2為3.9。熱膨脹系數(shù)：表示SiO2受溫度變化的形變；SiO2熱膨脹系數(shù)小，是Si的1/5；故冷卻時易產(chǎn)生微細的裂紋，喪失鈍化和掩蔽的作用；分凝系數(shù)：平衡時雜質(zhì)在硅

21、和二氧化硅界面的分凝系數(shù)為一常數(shù)；對于B：m0.3；對于P：m10。不同方備的SiO2，其密度,折射率,電阻率等不同。SiO2的化學(xué)性質(zhì)：SiO2是最穩(wěn)定的硅化物； SiO2不溶于水；SiO2能耐較強的侵蝕，但極易與HF作用；反應(yīng)式：SiO2+4HFSiF4+2H2OSiF4+2HFH2(SiF6)SiO2能被強堿熔蝕，也可被H、Al、Si等還原。反應(yīng)式：SiO2+2NaOHNa2SiO3+2H2OSiO2+AlAl2O3+Si不同方備的SiO2，其腐蝕速度不同。3.1.2 氧化膜的用途由于氧化物容易并且和碳化硅襯底有著優(yōu)良的界面，使其對于碳化硅基半導(dǎo)體工藝很重要，同時也成為最普遍應(yīng)用的膜材料

22、。氧化層在制造微型以下幾個方面：中的應(yīng)用有：由于SiO2是種堅硬和無孔（致密)的材料，因此它作為有效器件保護和阻擋層，和保護硅內(nèi)的靈敏器件，保護碳化硅片免受在制造工藝中可能發(fā)生的劃傷和損害。表面鈍化(保護)：熱生長SiO2的一個主要優(yōu)點是可以通過硅的懸掛鍵，降低表面態(tài)密度，并且能防止電性能的，減少由潮濕、離子或其他外部沾污物引起的漏電流通路。必須有足夠厚的氧化層防止在硅表面電荷積累引起的金屬層充電。場氧化層的典型厚度在2500-15000之間。場氧化層示意圖見圖3-2。圖3-2 場氧化層?xùn)叛蹼娊橘|(zhì)：MOS技術(shù)中最重要的柵氧介質(zhì)（如圖3-3所示）是一層極薄的氧化層。柵氧具有高質(zhì)量、極好膜厚均勻性

23、、無雜質(zhì)的特點。圖3-3 柵氧層介質(zhì)摻雜阻擋：二氧化硅可作為碳化硅表面選擇性摻雜的有效掩蔽層，見圖3-4。這層掩蔽層保護碳化硅表面，避免雜質(zhì)擴散，實現(xiàn)選擇性雜質(zhì)注入；與SiC相比，摻雜物在SiO2里的移動緩慢，只需薄氧化層；磷、硼、砷、銻等雜質(zhì)在SiO2中擴散慢，而Al、Ga等相反，在SiO2快，不能用SiO2作掩蔽層。圖3-4 氧化層摻雜阻擋層金屬間的介質(zhì)層：SiO2不導(dǎo)電，是金屬層間有效的絕緣體，可防止短路。而這層介質(zhì)（見圖3-5）通常用化學(xué)氣相淀積CVD方法獲得不采用熱生長。圖3-5 金屬間介質(zhì)層3.2 熱氧化生長3.2.1 氧化方式熱氧化生長依靠碳化硅和氧之間的化學(xué)反應(yīng)生長?？赏ㄟ^把碳

24、化硅的高溫氣氛里完成均勻氧化層的生長。氧化的化學(xué)反應(yīng)有三種：在高純氧干氧：氧化速度慢，氧化層干燥、致密，均勻性、重復(fù)性好，與光刻膠的粘附性好。水汽氧化：氧化速度快，氧化層疏松，均勻性差，與光刻膠的粘附性差。濕氧：氧氣攜帶水汽，故既有SiC與氧氣反應(yīng)，又有與水汽反應(yīng)。氧化速度、氧化質(zhì)量介于以上兩種方法之間。然而SiC與傳統(tǒng)的硅工藝相對又有些不同之處。SiC的氧化速度比單晶硅的氧化速度慢得多。這是因為相對單晶硅來說, SiC的氧化過除了硅同樣被氧化成硅的氧其中的碳也被氧化成了CO或CO2,需要消耗額外部分氧化劑的緣故6。多化物以外,晶SiC中高的雜質(zhì)濃度容易導(dǎo)致表面生成的氧化物膜的晶化, 進而使S

25、iC的氧化過程更加復(fù)雜多變。3.2.2 氧化設(shè)備用于熱工藝的的基本設(shè)備有三種：臥式爐，立式爐和快速熱處理（RTP）。本次畢設(shè)用到的是臥式爐和快速熱處理。從早期的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開始，臥式爐是在熱處理中被廣泛應(yīng)用的設(shè)備。它名來自石英管的水平位置，石英管是用來放置和加熱的。在上世紀(jì)90年代初期，這種爐大部分被立式爐取代，這主要是因為立式爐更易自動化、可改善操作者的安全以及減少顆粒污染。雖然大部分爐已被立式爐取代，但臥式爐仍然使用并且在技術(shù)上一直在改進。與立式爐相比的低成本使它們對于大于0.5m的圖形化的片具有?？焖贌崽幚恚≧TP）是在幾分之一秒內(nèi)將單個硅片加熱到4001300溫度范圍內(nèi)法。它與傳統(tǒng)立式爐

26、的對比見圖3-6。它減少工藝穩(wěn)定需要的時間，工藝結(jié)的束后快速冷卻（下降時間）。快速升溫爐的發(fā)展使得晶片以100/分的升溫速率和 60/分的冷卻速率，同時處理100片成為可能?？焖偕郎貭t的主要差別在于其快速升溫元件、特殊的硅片裝載裝置，強迫空氣冷卻以及更好的溫度控制器。相對于傳統(tǒng)的立式爐，RTP的主要優(yōu)點有：1、減少熱2、硅中的雜質(zhì)運動最小3、減少沾污，這歸功于冷壁加熱4、較小的腔體體積，可以達到清潔的氣氛5、更短的加工時間圖3-6 傳統(tǒng)與快速升溫立式爐的溫度曲線RTP主要應(yīng)用有：1、注入退火，以消除缺陷并激活和擴散雜質(zhì)2、淀積膜的致密化3、硼磷硅玻璃回流4、阻擋層（如TiN）退火5、硅化物（如

27、TiSi2）形成6、金屬接觸合金化第4章 光刻光刻的本質(zhì)是把臨時電路結(jié)構(gòu)到以后要進行后續(xù)操作的片上。這些結(jié)構(gòu)首先以圖形形式制作在名為掩膜版的石英膜版上。紫外光透過掩膜版把圖形轉(zhuǎn)移到片表面的光敏薄膜上。從半導(dǎo)體制造的初期，光刻就被認為是集成電路制造工藝發(fā)張的驅(qū)動力。直到今天，集成電路正致力于把的器件和組合電路集成在一個上，這種趨勢仍將延續(xù)。在半導(dǎo)體制造業(yè)發(fā)展的五十年來，正想摩爾定律所闡明的，相比于其他單個制造工藝技術(shù)來說，光刻對于性能的發(fā)展有著性的貢獻。本章主要闡述光刻過程的各個概念和光刻流程。4.1 光刻概念光刻是指通過光化合反應(yīng)，將掩膜版上的電路圖圖形暫時轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體晶片上的光刻膠，然

28、后利用光刻膠為掩膜，對下方材料選擇性加工（刻蝕或注入），從而在半導(dǎo)體晶片上獲得相應(yīng)電路圖形的過程，光刻的簡單過程見圖4-1。簡而言之，光刻是將設(shè)計好的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓的每一層的一種工藝。光刻的目的是實現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)移，在硅片表面建立盡可能接近設(shè)計規(guī)則所要求的尺寸圖形。圖4-1 光刻的簡單過程光刻處于硅片加工過程的中心，它常被認為是IC制造中最關(guān)鍵的步驟，需要高性能便結(jié)合其他工藝獲得高成品率。光刻成本在整個硅片加工成本中幾乎占三分之一。在整個制作流程的時間分配上，光刻占了40%到50%的流片時間。另外，光刻決定了最小特征尺寸。光刻系統(tǒng)主要由對準(zhǔn)光刻的特點有：、光刻膠和光源組成。1、光刻是將電路/器件圖

29、形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體的表面形成光刻膠圖形；2、光刻是復(fù)印圖象和化學(xué)作用相結(jié)合的綜合性技術(shù)；3、器件的尺寸越小，集成電路的集成度越高，對光刻精度的要求就越高，難度就越大。光刻三要素有：掩模版、光刻膠和機。掩模版的主體為石英玻璃，透光性高，熱膨脹系數(shù)小。掩膜版又分為投影掩膜版和光掩膜版。投影掩膜版上的圖形可能僅包含一個管芯，也可能是幾個。而光掩膜版（常簡稱為掩膜版）包含了對于整個硅片來說確定工藝層所需的完整管芯陣列。光刻膠又稱光致抗蝕劑，由感光性樹脂、增感劑和溶劑組成，主要成份是感光性樹脂。經(jīng)過光照，感光性樹脂會發(fā)生分解或交聯(lián)等光化學(xué)反應(yīng)。按光化學(xué)反應(yīng)的不同，光刻膠可分為兩類：正性光刻膠和負性光刻膠。光

30、刻膠的作用是將掩膜上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠，并在后續(xù)工藝中，保護下面的材料（如刻蝕和離子注入）。采用適當(dāng)?shù)挠羞x擇性的光刻膠，使表面上得到所需的圖像。機是用于顯影的儀器，利用光源的波長對于光刻膠的感光度不同，對光刻的圖形進行下面介紹幾個光刻的基本參數(shù)。光譜：能量滿足激活光刻膠并將圖形從投影掩膜版中轉(zhuǎn)移過來的要求。能量源以輻射的形式，典型的是紫外（UV）光源。特征尺寸：一般指MOS管的最小柵長。關(guān)鍵尺寸（CD）：最小的特征尺寸。CD常用作描述工藝技術(shù)節(jié)點或稱某一代。分辨率：區(qū)分晶圓上兩個鄰近的圖形的能力。套準(zhǔn)精度：掩膜版上的圖形要與晶圓上已經(jīng)存在的圖形對準(zhǔn)。工藝寬容度：光刻工藝不容易受設(shè)備，材料，操作

31、等的影響，生產(chǎn)符合要求的產(chǎn)品。4.2 光刻工藝4.2.1 工藝類型光刻包括兩種基本的工藝類型：負性光刻和正性光刻，見圖4-2。負性光刻把與掩膜版上圖形相反的圖形到表面。正性光刻把與掩膜版上相同的圖形到上。這兩種工藝的主要區(qū)別在于所有光刻膠的種類的不同。當(dāng)何反應(yīng)取決于它是正性還是負性光刻膠材料。時，光刻膠如圖4-2 正性光刻和負性光刻負性光刻的基本特征是當(dāng)后的光刻膠因發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而硬化。一旦硬化，交聯(lián)的光刻膠就不能再溶劑中被洗掉。而留在硅片表面未的被顯影液溶解而去除，留下光刻膠的圖形與掩膜版圖形相反。負性光刻膠是最早應(yīng)用在半導(dǎo)體光刻工藝的光刻膠。正性光刻中，被紫外光被顯影液溶解而去除，沒有被掩膜

32、版圖形致。后的區(qū)域經(jīng)歷了一種光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)歷后光刻膠的光刻膠仍保留在上，留下的光刻膠的圖形與4.2.2 工藝步驟光刻工藝是一個復(fù)雜過程，它有很多影響其工藝寬容度的工藝變量。為方便起見，可以將光刻的圖形形成過程分為8個步驟（見圖4-3）：氣相成底膜、涂膠、前烘、對準(zhǔn)和、后烘焙、顯影、堅膜和顯影后檢查。圖4-3 光刻全過程光刻工藝是一個復(fù)雜過程，它有很多影響其工藝寬容度的工藝變量。為方便起見，可以將光刻的圖形形成過程分為8個步驟（見圖4-3）：氣相成底膜、涂膠、前烘、對準(zhǔn)和、后烘焙、顯影、堅膜和顯影后檢查。1、氣相成底膜處理圖4-4 氣相成底膜光刻的第一步包括清潔、烘干、氣相成底膜(采用六甲基二硅

33、胺烷)，見圖4-4。這些操作的目的是增強片表面與光刻膠的粘附性。要成功的制造集成電路，在所有的工藝步驟中都要仔細地。在各工藝步驟間保存和傳送時不可避免地要引入沾污，所以光刻膠和步驟非常必要。光刻過上的沾污物的一個主要影響是造成的粘附性很差。碳化硅片容易吸附潮氣到它的表面，對于光刻膠的粘附性，具有干燥成疏水性的片表面非常重要。由于光刻膠粘附要求要嚴(yán)格的干燥表面，所以在成底模和光刻膠旋轉(zhuǎn)涂膠前要進行脫水烘焙。脫水烘焙后二硅胺烷（HMDS）成底模，它起到提高粘附力的作用。2、涂膠馬上要用六甲基一旦被、脫水烘培、成底膜，就已經(jīng)做好了涂光刻膠的準(zhǔn)備，這時要立即在待光刻的硅片表面均勻地涂上一層光刻膠。光刻

34、膠分為正性光刻膠和負性光刻膠，因不同工藝要求，可使用不同的膠。負性光刻膠的優(yōu)點是粘附性好，對刻蝕良好的阻擋作用，速度快。但它的的缺點是會在顯影時吸收顯影液而膨脹變形，分辨率差（僅2m分辨率），對于亮場版光刻膠中的圖形比相應(yīng)掩膜版的略小。相比較而言，正性光刻膠的優(yōu)點是光刻膠本身不溶解，后溶解度提高100倍左右，顯影后留下光刻膠不膨脹變形，分辨率高、對比度高。但正性光刻膠也有自己的缺點，它的粘附性差，對于暗場版光刻膠中的圖形比相應(yīng)掩膜版的略大。對于半導(dǎo)體微光刻技術(shù)，在表面涂上液體光刻膠來得到一層均勻覆蓋層最常用的方法是旋轉(zhuǎn)涂膠，旋轉(zhuǎn)涂膠的裝置見圖4-5。旋轉(zhuǎn)涂膠有四個基本步驟（見圖4-6）7：第一

35、步，當(dāng)片子或旋轉(zhuǎn)地非常緩慢時，光刻膠被分滴在片子上。第二步，快速加速硅片的旋轉(zhuǎn)到一個高的轉(zhuǎn)速，使光刻膠伸展到整個片子表面。第三步，甩去多余的光刻膠，在片子上得到均勻的光刻膠膠膜覆蓋層。第四步，以固定轉(zhuǎn)速繼續(xù)旋轉(zhuǎn)已涂膠的片子，直到溶劑揮發(fā)，光刻膠膠膜幾乎干燥。光刻膠旋轉(zhuǎn)涂膠的兩個目的是，在片子表面上得到均勻的膠膜覆蓋，在長時間內(nèi)得到片與片間可重復(fù)的厚度。本次畢設(shè)實驗旋轉(zhuǎn)涂膠的轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)每分鐘，旋轉(zhuǎn)時間為30秒。圖4-5 旋轉(zhuǎn)涂膠的裝置圖4-6 旋轉(zhuǎn)涂膠的步驟3、前烘在片上旋轉(zhuǎn)涂布光刻膠后，要經(jīng)過一個稱為前烘（也叫軟烘）的高溫步驟。要進行前烘的原因有：除去片表面的光刻膠溶劑，使光刻膠干燥；增

36、強膠膜與硅片表面的粘附性；緩和在旋轉(zhuǎn)過光刻膠膠膜產(chǎn)生的應(yīng)力，增強膠膜耐磨性；防止光刻膠沾到設(shè)備上；并使刻膠前烘方法是讓時能，光刻膠能進行充分的光化學(xué)反應(yīng)。本次畢設(shè)使用的光在真空熱板上熱傳導(dǎo)，見圖4-7。用這種方法，熱量可以很快通過與背面接觸從熱板傳遞到光刻膠。前烘的溫度為100，時間為60秒。圖4-7 軟烘軟烘的目的有：使光刻膠中溶劑部分揮發(fā)；增強光刻膠與硅片的粘附性；促進光刻膠的均勻性；提高線寬控制；改善光刻膠的抗蝕性；優(yōu)化光刻膠的光吸收特性。4、對準(zhǔn)和現(xiàn)代光刻設(shè)備以光學(xué)光刻為基礎(chǔ)，它利用光學(xué)系統(tǒng)把掩膜版上的圖形精確地投影到涂過光刻膠的硅片上，見圖4-8?；旧纤饕ㄒ粋€紫外光源、一個光

37、學(xué)系塊由圖形組成的投影掩膜版、一個對準(zhǔn)系統(tǒng)等。集成電路制作過，需要通過連續(xù)淀積和形成材料層圖形等實現(xiàn)電路的，通常需靠多次掩膜版轉(zhuǎn)移才能得到最終結(jié)構(gòu)。隨著集成電路規(guī)模不斷擴大，接觸孔、金屬線寬和線間距等尺寸不斷縮小，對準(zhǔn)精度不高易于造成光刻區(qū)域模糊或交疊，導(dǎo)致產(chǎn)品性能和可靠性降低。這些都體現(xiàn)了光刻時，對準(zhǔn)和的重要性。圖4-8 投影掩膜版透明和非透明區(qū)域組成了待轉(zhuǎn)移圖形是將掩膜版上的圖形精確成光刻膠上的最終圖像，過，從光源發(fā)出的光通過對準(zhǔn)的掩膜版將能量傳遞給光刻膠，并使光刻膠結(jié)構(gòu)發(fā)生改變（感光）實現(xiàn)上的過程見圖4-9。使得版圖轉(zhuǎn)換到光刻膠光線波長越短，曝出的特征尺寸就越小，它是縮小硅片上特征尺寸的

38、驅(qū)動。光學(xué)光刻需要在短波長下進行強，以獲得精細光刻的關(guān)鍵尺寸。另外，對準(zhǔn)過程的結(jié)果，或者每個連續(xù)的圖形與先前層匹配的精度，被稱做套準(zhǔn)。圖4-9 版圖轉(zhuǎn)換到光刻膠上按光源不同可分為光學(xué)、X射線、等；按掩膜版位置不同可分為接觸式、接近式和投影式。本次畢設(shè)當(dāng)中所使用的光刻設(shè)備使用的是燈紫外光光源。本次畢設(shè)實驗中的光刻機使用的是接觸式光刻機。這種光刻機是SSI時代70到年代中前期主要光刻設(shè)備。它的設(shè)備簡單，掩膜版和硅片直接接觸，圖形失真小。但缺點是人為操作，套刻精度差，掩膜版短，圖形缺陷多，顆粒沾污大。它的分辨率大于5m，一般應(yīng)用于分立器件和SSI，因此實驗中使用的是這款光刻機。5、后烘焙后的碳化硅片

39、從系統(tǒng)下來后，要馬上進行短時間的后烘焙（PEB）。為了促進關(guān)鍵光刻膠的化學(xué)反應(yīng)，對CA DUV光刻膠進行后烘是必需的。對于基于DNQ化學(xué)成分的常規(guī)I線膠，進行后烘的目的是提高光刻膠的粘附性并減少駐波。整個后烘過，CA DUV光刻膠的區(qū)域變得可在顯影液中溶解。所謂的CADUV光刻膠是指光刻膠中含有一種保護化學(xué)成分使其不在顯影液中溶解。紫外線曝光光，光酸產(chǎn)生劑（PAG）在光刻膠區(qū)產(chǎn)生了一種酸。為了使的光刻膠和后烘，能夠在顯影液中溶解，后烘加熱光刻膠，引起酸催化的去保護反應(yīng)。通過光生酸除去了樹脂中的保護成分，使光刻膠能溶解于顯影液。后烘的溫度均勻性和持續(xù)時間是影響DUV光刻膠質(zhì)量的重要。典型的后烘溫

40、度在90至130之間，時間約為1到2分鐘，通常比軟供溫度高10到15。6、顯影顯影就是將已晶圓片用化學(xué)顯影液浸漬或噴淋，將未感光的負膠或已經(jīng)感光的正膠溶解的工藝。顯影的目的是對后的晶圓進行處理，即用顯影劑把光刻膠上不需要的地方溶解掉，從而獲得光刻膠上所需要的圖形。顯影過，感光和未感光光刻膠在顯影液中均不同程度的被溶解，只是溶解速率差別不同，溶解速率差別越大越好。為使顯影效果更好，必須適當(dāng)并選擇合適顯影液，為避免光刻膠長時間存放發(fā)生其他副反應(yīng)，后應(yīng)盡快進行顯影。顯影速率受顯影液溫度和濃度的影響。顯影依賴于所用光刻膠，亞微米光刻常用正膠，非關(guān)鍵層一般用I線膠，關(guān)鍵層和0.25m以下用DUV光刻膠。

41、負膠顯影時不與顯影液反應(yīng)，留下的膠易膨脹和變形，分辨率低。正膠顯影需要與顯影液反應(yīng)，留下的膠未，不膨脹和變形，分辨率高，所以用于亞微米光刻。顯影方法分為浸泡法和噴霧法兩種。噴霧法的分辨率和重復(fù)性好，廣泛采用。不過，在本次畢設(shè)由于法操作較簡單。條件有限，還是采用了浸泡法。相比于噴霧法而言，浸泡膠顯影會出現(xiàn)的各種現(xiàn)象見下圖4-9。圖4-9 膠顯影會出現(xiàn)的各種現(xiàn)象顯影：線條比正常線條要寬并且在側(cè)面有斜坡；不完全顯影：襯底上留下應(yīng)該在顯影過去掉的剩余光刻膠；過顯影：除去了太多的光刻膠，引起圖形變窄和拙劣的外形。7、堅膜顯影后的熱烘焙稱為堅膜，由于顯影液對光刻膠膜的影響，膠膜在顯影后易軟化、膨脹，導(dǎo)致粘

42、附力下降，堅膜過程可以改善膠膜粘附力，使膠膜與硅片間緊密粘附，防止膠層脫落，并增強膠膜本身的抗蝕能力，去除剩余溶劑和水，保證膠膜達到一定硬度，為下一步的工藝加工做好準(zhǔn)備。本次畢設(shè)的堅膜溫度為120，堅膜時間是5分鐘。8、顯影后檢查顯影后進行檢查用來檢測光刻工藝好壞，目的是查找光刻膠成形圖形缺陷，為隨后刻蝕或離子注入做準(zhǔn)備，并及時去除有缺陷的硅圓片，防止缺陷傳遞下去。顯影檢查借助光學(xué)顯微鏡手工完成。顯影后檢查出現(xiàn)有問題的晶片，有兩種處理方法。如果由先前操作造成的晶片問題無法接受，那么晶片就被報廢；如果問題與光刻膠中的圖形質(zhì)量有關(guān)，那么晶片需要返工。將晶片表面的光刻膠剝離，然后重新進行光學(xué)光刻工藝

43、的過程稱為晶片返工。第5章 刻蝕刻蝕就是用化學(xué)或物理的方法有選擇地從襯底表面去除不需要的材料，完成光刻圖形轉(zhuǎn)移的過程，見圖5-1?？涛g的目的是在涂膠的硅片上正確掩膜圖形，最后實現(xiàn)圖形的步驟。受光刻膠保護的材料層不被腐蝕源所侵蝕。需要注意的是，在刻蝕中所犯錯誤是無法糾正的。而刻蝕的材料主要是硅、電介質(zhì)和金屬。圖 5-1 刻蝕5.1 刻蝕工藝半導(dǎo)體制造存在兩種基本刻蝕工藝：濕法刻蝕和干法刻蝕。干法刻蝕是指把硅片表面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，與硅片發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)(或這兩種反應(yīng))，從而去掉曝露的表面材料，這樣一個過程。干法刻蝕的工藝特點有：易獲得刻蝕剖面各向異性，

44、有良好側(cè)壁剖面控制；可保證好的片內(nèi)、片間和批次間的刻蝕均勻性；可有效防止光刻膠脫落或粘附問題；4.CD（Critical Dimen）精度控制較好；5.等離子體設(shè)備成本高。然而干法刻蝕用高能粒子轟擊待刻蝕物質(zhì)表面（光刻膠也被轟擊），選擇性較差。因此，干法刻蝕會犧牲掉部分刻蝕選擇性。濕法刻蝕是指采用化學(xué)腐蝕液與材料發(fā)生反應(yīng)進行刻蝕，又稱濕化學(xué)腐蝕法，其反應(yīng)過一般化學(xué)反應(yīng)類似。濕法刻蝕的工藝特點有：濕法刻蝕產(chǎn)物必須是氣體或能溶于刻蝕劑的物質(zhì)；濕法腐蝕是各向同性的，容易產(chǎn)生鉆蝕或過刻蝕；濕法腐蝕伴有放熱和放氣過程；溫升與氣泡；4.尺寸精度控制-溶液濃度變化。刻蝕也可以分成有圖形刻蝕和無圖形刻蝕。有圖

45、形的刻蝕采用掩蔽層(有圖形的光刻膠)來定義要刻蝕掉的表面材料區(qū)域，只有晶片片上被選擇的這一部分在刻蝕過刻掉。如：柵、金屬互連線、通孔、接觸孔和溝槽。無圖形刻蝕、反刻或剝離是在整個硅片沒有掩膜的情況下進行的，這種刻蝕工藝用于剝離掩蔽層(如STI氮化硅剝離和用于晶體管注入側(cè)墻的硅化物工藝后鈦的剝離)。5.2 刻蝕參數(shù)為了晶片表面材料的掩膜圖形，刻蝕必須滿足一些特殊的要求。包括以下重要的刻蝕參數(shù)：刻蝕速率、刻蝕剖面、刻蝕偏差、選擇性、均勻性、殘留物、聚合物、等離子體誘導(dǎo)損傷以及顆粒沾污和缺陷。刻蝕速率見圖5-2，指刻蝕過去除硅片表面材料的速度，可分為縱向和側(cè)向速率：埃/min。刻蝕速率正比于刻蝕劑濃

46、度，高刻蝕速率對應(yīng)高產(chǎn)量。圖5-2 刻蝕速率圖5-3 各項同性和各項異性剖面刻蝕剖面是指被刻蝕薄膜側(cè)壁的形狀。有兩種基本都是刻蝕剖面：各向同性和各向異性剖面，見圖5-3。各向同性刻蝕剖面是在所有方向上（橫向和垂直方向）以相同刻蝕速度進行刻蝕，易產(chǎn)生鉆蝕現(xiàn)象。各向異性刻蝕只在垂直于晶片表面的方向進行，只有很少的橫向刻蝕，則可有效控制不同方向（橫、縱向）的刻蝕速率?？涛g偏差指刻蝕完成后線寬或關(guān)鍵尺寸間距的變化，通常是由橫向鉆蝕形成的，但也能由刻蝕剖面引起，見圖5-4。當(dāng)刻蝕中要除去掩膜下過量的材料時，會引起被刻蝕材料的上表面向光刻膠邊緣凹進去，這樣就產(chǎn)生橫向鉆蝕。圖5-4 刻蝕偏差選擇比指的是在同

47、種刻蝕條件下，刻蝕劑對一種材料和另一種材料的刻蝕速率之比。高選擇比意味著只刻蝕掉想除去的材料，待刻蝕材料與非刻蝕材料之間的刻蝕速率差別大。被刻蝕材料和掩蔽層材料選擇比計算如下圖5-5所示：圖5-5 選擇比均勻性一種是衡量同一硅片上不同區(qū)域、同批次不同間或多批次硅片批與批間的刻蝕能力差異。均勻性與選擇比關(guān)系密切，非均勻性刻蝕易產(chǎn)生額外過刻蝕?？涛g殘留物是刻蝕以后留在硅片表面不想要的材料，它常常覆蓋在腔體內(nèi)壁和被刻蝕圖形的底部。它的產(chǎn)生有很多原因，例如刻蝕膜層中的污染物、選擇了不合適的化學(xué)刻蝕劑（如刻蝕太快）、腔體中的污染物、膜層中不均勻的雜質(zhì)分布。刻蝕殘留物是IC制造過的污染源，并能在去除光刻膠

48、過帶來一些問題。為了去除刻蝕殘留物，有時在刻蝕完成后會進行過刻蝕。在一些情況下，刻蝕殘留物可以在去除光刻膠的過或用濕法化學(xué)腐蝕去掉。有些聚合物的形成是有意的，是為了在圖形側(cè)壁形成抗蝕膜而防止橫向刻蝕，增強刻蝕的各向異性。這些聚合物是刻蝕過光刻膠中的碳轉(zhuǎn)化而來并與刻蝕氣體和刻蝕生成物結(jié)合形成的8。然而這些聚合物又必須在刻蝕完成以后去除，否則器件的成品率和可靠性都會受到影響。這些側(cè)壁的常常需要在等離子體工藝中使用特殊的化學(xué)氣體，或者有可能用強溶劑進行濕法后再用去離子水進行。包含帶能離子、電子和激發(fā)分子的等離子體可引起對晶片上的敏感器件引起等離子體誘導(dǎo)損傷。一種主要的損傷是非均勻等離子體在晶體管柵電

49、極產(chǎn)生陷阱電荷，引起薄柵氧化硅的擊穿。另一種器件損傷是能量離子對的柵氧化層的擊穿。等離子體帶來的晶片損傷有時也由晶片表面附近的等離子體產(chǎn)生的顆粒沾污而引起。顆粒沾污的控制可通過優(yōu)化刻蝕設(shè)備，合適的操作和關(guān)機，對被刻蝕的膜層選用合適的化學(xué)氣體。5.3 濕法腐蝕由于刻蝕。的條件有限，本次畢設(shè)我采用的是濕法刻蝕，因此我將著重介紹濕法5.3.1 濕法腐蝕簡介從半導(dǎo)體制造業(yè)一開始，濕法腐蝕就與制造聯(lián)系在一起。雖然濕法腐蝕已大部分法刻蝕所取代，但它在漂去氧化物、表層剝離以及大尺寸圖形腐蝕應(yīng)用方面仍然起著重要作用。與干法刻蝕相比，濕法腐蝕的好處在于對下層材料具有高的選擇比，對器件不會帶來等離子體損傷，并且設(shè)

50、備簡單。濕法刻蝕又稱濕法腐蝕。濕法刻蝕就是采用化學(xué)溶液，借助化學(xué)反應(yīng)腐蝕硅片中無光刻膠覆蓋的部分，要求光刻膠有較強的抗蝕能力。濕法腐蝕具有各向同性，造成側(cè)向腐蝕。限制了器件尺寸向微細化發(fā)展，用于特征尺寸較大的刻蝕。5.3.2 濕法腐蝕的參數(shù)濕法腐蝕的參數(shù)說明和控制難度詳見下表5-1。表5-1 濕法腐蝕的參數(shù)5.3.3 濕法腐蝕種類氫氟酸(HF)可用來濕法腐蝕氧化硅。不過在氟酸(稱為緩沖氧化硅腐蝕液BOE或緩沖氫氟酸除氧化硅。，常用被氟化銨緩沖的稀氫)噴射或浸泡硅片來有選擇地去由于濕法腐蝕的高選擇比特性，濕法化學(xué)剝離有時用于去除包括光刻膠和掩蔽層的表面層材料。在硅片制造過的STI、LOCOS和自

51、對準(zhǔn)接觸結(jié)構(gòu)制作方面，氮化硅被廣泛用作掩蔽層材料。本次畢設(shè)鍍金屬時講采取剝離法，這其中要用到這種濕法參數(shù)說明控制難度濃度溶液濃度最難控制的參數(shù)因為槽內(nèi)溶液的濃度一致在變時間硅片浸泡在腐蝕液的時間相對容易控制溫度腐蝕槽的溫度相對容易控制攪動溶液的攪拌有一定控制難度批數(shù)為減少顆粒及持適當(dāng)?shù)臐舛?，一定批次后必須更換相對容易控制腐蝕。5.4 去除光刻膠刻蝕完之后的步驟之一是去除光刻膠，光刻膠用來作為從光刻掩膜版到晶片表面圖形轉(zhuǎn)移媒介以及被刻蝕區(qū)域或被離子注入?yún)^(qū)域的掩蔽層。一旦刻蝕或注入完成，光刻膠在晶片表面就不再有用，必須完全去除。另外光刻過帶來的任何殘留物也必須去掉。去膠的一個主要是光刻過光刻膠都是

52、被處理成盡可能好的粘附性。去膠方法有三種：溶劑去膠法，氧化去膠法和干法去膠法。溶劑去膠法（剝離去膠、物理去膠）：將帶有光刻膠的硅片浸泡在適當(dāng)?shù)挠袡C溶劑中，使膠膜溶脹而去掉。優(yōu)點是適用于各種表面的硅片，特別是金屬表面；適用于大批量生產(chǎn)；溶劑的使用期長。氧化去膠法（濕化學(xué)法去膠）：將待去膠的硅片放入氧化去膠劑中，加熱至100以上，光刻膠層被氧化成CO2和H2O。最常用的氧化去膠劑有：(a)濃H2SO4；(b)濃H2SO4H2O2；(c)NH4OHH2O2H2O;(d)發(fā)煙硝酸等。氧化去膠的優(yōu)點是洗滌過程簡便。缺點是可能被Na離子沾污，酸溶液不能用于多層交疊的金屬化圖形的電會腐蝕掉金屬。，否則干法去

53、膠法（主要為等離子體去膠）：通過高頻信號發(fā)生器產(chǎn)高頻信號，電離通入反應(yīng)室的氧氣形成等離子體，等離子態(tài)氧與光刻膠發(fā)生反應(yīng)生成可揮發(fā)性氣體被排出。等離子體去膠的特點是去膠過程無需添加化學(xué)試劑和加熱過程，得到的材料和器件質(zhì)量好、可靠性高。第 6 章 鍍金屬金屬化是制造過在絕緣介質(zhì)膜上淀積金屬膜以及隨后刻印圖形以形成互連金屬線和集成電路的孔填充塞的過程。這一過程類似于汽車工業(yè)中用表面絕緣的銅線連通所有電組件以形成全功能的電系統(tǒng)。高性能的微處理器用金屬線在一個上連接上千萬個器件。因本次畢設(shè)只需制作出SiC MOSFET，而無需復(fù)雜的互連技術(shù)，所以本章的重點是金屬淀積系統(tǒng)中的蒸發(fā)系統(tǒng)。6.1 金屬化簡介金

54、屬化是應(yīng)用化學(xué)或物理處理方法在上淀積導(dǎo)電金屬膜的過程。這一過介質(zhì)的淀積緊密相連，金屬線和IC電路中傳導(dǎo)信號，介質(zhì)層則保證信號不受鄰近金屬線的影響。金屬和介質(zhì)都是薄膜處理工藝，在某些情況下金屬和介質(zhì)是由同種設(shè)備淀積的。金屬化對不同金屬連接有專門的術(shù)語名稱?；ミB（erconnect）意指由導(dǎo)電材料（鋁、多晶硅或銅）制成的連線將信號傳輸?shù)降牟煌糠??；ミB也被用做上器件和整個封裝之間普通的金屬連接。接觸（contact）意指內(nèi)的器件與第一層金屬之間在硅表面的連接。通孔（via）是穿過各種介質(zhì)層從某一金屬層到毗鄰的另一金屬層之間形成電通路的開口。填充薄膜是指用金屬薄膜填充通孔，以便在兩金屬層之間形成電連

55、接。金屬化正處在一個過渡時期，隨著銅冶金術(shù)的介入正經(jīng)歷著快速變化以取代鋁合金。這種變化源于刻蝕銅很理，以形成通孔和銅互連。，為了克服這個問題，銅冶金術(shù)應(yīng)大馬士革法處金屬化技術(shù)對于提高高級IC是性能很關(guān)鍵。對于舊IC技術(shù)而言，由互連線引起的信號延遲使得的性能降低不是關(guān)注的焦點。因為在傳統(tǒng)器件中，主要信號延遲是由器件引起的。然后，對新一代ULSI產(chǎn)品制造業(yè)而言情況就不同了，金屬布線越密，互連線引起的信號延遲占去時鐘周期的部分就越大，對IC性能的制約影響也越大。6.2 金屬淀積系統(tǒng)用于半導(dǎo)體制造業(yè)的傳統(tǒng)金屬化工藝歸并到被稱為物理氣相淀積（PVD）一類。物理氣相淀積（PVD）指的是利用某種物理過程實現(xiàn)

56、物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，即原子或分子由源轉(zhuǎn)移到襯底表面上，并淀積形成薄膜，這一過程沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。PVD開始是用燈絲蒸發(fā)實現(xiàn)的，接著是用，最近是通過濺射。由于金屬淀積需要考慮的是如何在硅片表面形成具有良好的臺階覆蓋能力、良好的接觸以及均勻的高質(zhì)量金屬薄膜。因此，物理氣相淀積已經(jīng)成為淀積金屬薄膜是最常使用的技術(shù)。每次淀積系統(tǒng)的變化都在薄膜特性和質(zhì)量的控制上取得了改進9。在小規(guī)模(SSI)和中規(guī)模(MSI)半導(dǎo)體集成電路制造時代，蒸發(fā)是金屬化方法。然后在之后的時代，由于蒸發(fā)臺階覆蓋的特性差，因此它被濺射取代。但是在的，由于上的集成電路規(guī)模大都比較小，所以仍使用蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)。畢業(yè)設(shè)計過紹的重點。鍍金屬使用的儀

57、器使用的就是電子蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)。這將是本節(jié)介6.2.1 蒸發(fā)蒸發(fā)法是早期使用最廣泛的淀積金屬方法，這種方法具有設(shè)備簡單操作容易、所的薄膜純度較高、成膜速率快、生長機理簡單等特點。但是它固有的缺點又限制了在現(xiàn)今工藝中的應(yīng)用，包括臺階覆蓋能力和與襯底的粘附性較差、淀積多元化合金金屬薄膜時成分難以控制。因此濺射法在超大規(guī)模集成電路制造中已基本取代蒸發(fā)法。但是在分立器件(二極管、三極管等)及要求不高的中小規(guī)模集成電路中蒸發(fā)還是被廣泛應(yīng)用。另外蒸發(fā)器仍然應(yīng)用于研究領(lǐng)域和一些化合物半導(dǎo)體技術(shù)，實際上是將蒸發(fā)器差的臺階覆蓋特性在特殊化處理過面淀積焊料凸點，蒸發(fā)有時仍然被應(yīng)用于當(dāng)做優(yōu)點使用。除此，為了阿災(zāi)封裝過

58、程。表蒸發(fā)是指通過把被蒸鍍物質(zhì)(如鋁)加熱，利用被蒸鍍物質(zhì)在高溫下(接近物質(zhì)的)的飽和蒸氣壓，來進行薄膜沉積的一系列過程，簡單的蒸發(fā)裝置圖如6-1所示。最典型的加熱方法是將待蒸發(fā)的材料放置進坩堝，在真空系統(tǒng)中利用加熱，獲程增加，并得足夠的能量后脫離金屬表面的成為蒸汽原子，蒸氣原子的平均且在真空腔內(nèi)沿直線運動，撞到硅片表面凝結(jié)形成薄膜。蒸發(fā)按照能量來源的不同，有燈絲加熱蒸發(fā)和蒸發(fā)兩種。燈絲加熱蒸發(fā)用難熔金屬（如鎢）制成舟狀,將材料固定在加熱舟上，當(dāng)電流通過加熱舟時材料被不斷加熱到，蒸發(fā)出來形成薄膜，叫做燈絲加熱蒸發(fā)。主要用于某些易熔化、氣化材料的蒸鍍。蒸發(fā)工藝主要在背面淀積金是采用阻蒸的方法。圖

59、6-1 簡單的蒸發(fā)裝置蒸發(fā)按照能量來源的不同，有燈絲加熱蒸發(fā)和蒸發(fā)兩種。燈絲加熱蒸發(fā)用難熔金屬（如鎢）制成舟狀,將材料固定在加熱舟上，當(dāng)電流通過加熱舟時材料被不斷加熱到，蒸發(fā)出來形成薄膜，叫做燈絲加熱蒸發(fā)。主要用于某些易熔化、氣化材料的蒸鍍。蒸發(fā)工藝主要在背面淀積金是采用阻蒸的方法。蒸發(fā)由發(fā)射高速電子的電子槍和使電子作圓周運動的均勻磁場組成，原理如圖6-2所示。在電子槍中，通過對螺旋狀燈絲加高壓后發(fā)射高速電子形成。進入均勻磁場后受洛侖茲力作用而作圓周運動，使的表面。準(zhǔn)確地射到蒸發(fā)材料圖6-2蒸發(fā)原理蒸發(fā)具有以下優(yōu)點，是真空蒸發(fā)鍍膜中最重要使用最廣泛的方法。蒸發(fā)可以使高達3000以上的材料蒸發(fā)。

60、1）被蒸發(fā)的材料是放在水冷的坩堝內(nèi)，因而可避免容器材料的蒸發(fā)以及容器材料與蒸發(fā)材料之間的反應(yīng)，可實現(xiàn)高純度薄膜的淀積。熱效率高，熱量直接加熱到蒸發(fā)材料的表面下面介紹蒸發(fā)的基本步驟和過程：1.裝片抽真空：將干凈的硅片裝入反應(yīng)室，前級泵先對真空反應(yīng)室進行粗抽，再由高真空泵繼續(xù)直到反應(yīng)室達到預(yù)期的真空度。烘烤：對襯底進行加熱，去除表面水汽等。蒸發(fā)鍍膜。（1）蒸發(fā)過程：對蒸發(fā)源進行加熱，使其溫度達到蒸發(fā)材料的為蒸氣。，從固態(tài)變輸運過程：蒸發(fā)材料蒸氣原子或分子在真空環(huán)境中由源飛向硅片。生長過程：飛到襯底表面的原子在表面上凝結(jié)生長成膜的過程。原子到達后將直接發(fā)生從氣相到固相的相變過程，立即凝結(jié)在襯底表面上