微機(jī)電系統(tǒng)第三章MEMS制造技術(shù)-1課件

第三章

MEMS制造技術(shù)3.1集成電路基本制造技術(shù)3.2體微加工技術(shù)3.3表面微加工技術(shù)3.4其他微加工技術(shù)內(nèi)容提要1第三章

MEMS制造技術(shù)3.1集成電路基本制造技術(shù)內(nèi)容提簡(jiǎn)介集成電路簡(jiǎn)史集成電路制造概述MEMS制造概述集成電路與MEMS制造比較2簡(jiǎn)介集成電路簡(jiǎn)史2集成電路簡(jiǎn)史電子技術(shù)的發(fā)展是以電子器件的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。電子器件的發(fā)展，歷經(jīng)近百年，經(jīng)歷了四個(gè)階段的更新?lián)Q代：電子管晶體管集成電路超大規(guī)模集成電路歷次變革都引發(fā)了電子技術(shù)和信息技術(shù)的革命。以下為電子器件發(fā)展年表：1906年：第一只電子管誕生1912年前后：電子管的制造日趨成熟引發(fā)了無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)展1918年前后：逐步發(fā)現(xiàn)了有一類(lèi)半導(dǎo)體材料1920年：發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體材料所具有的光敏特性3集成電路簡(jiǎn)史電子技術(shù)的發(fā)展是以電子器件的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。3集成電路簡(jiǎn)史1924年：發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)具有的整流特性1932年前后：運(yùn)用量子學(xué)說(shuō)建立了能帶理論研究半導(dǎo)體現(xiàn)象。1940年：對(duì)半導(dǎo)體的理性研究有文章成果發(fā)表1943年：研制出硅點(diǎn)接觸整流二極管-美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室1943年前后：電子管已成為電信息處理和傳輸設(shè)備的主體1945年：第一臺(tái)[電子管電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（ENIAC）]誕生4集成電路簡(jiǎn)史1924年：發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)具有的整流特集成電路簡(jiǎn)史1947年12月：肖克萊和巴登等人發(fā)明半導(dǎo)體鍺點(diǎn)接觸三極管1948年：提出半導(dǎo)體的PN結(jié)理論并制成硅結(jié)型晶體三極管1955年：硅結(jié)形場(chǎng)效應(yīng)晶體管問(wèn)世1956年：硅臺(tái)面晶體管問(wèn)世1956年：肖克萊因在半導(dǎo)體領(lǐng)域的系列成就獲諾貝爾獎(jiǎng)1956年：肖克萊半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室成立1957年：美國(guó)仙童半導(dǎo)體公司成立（由肖克萊半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室解體而成）Intel公司總裁葛洛夫?yàn)橄赏雽?dǎo)體公司的創(chuàng)始人之一5集成電路簡(jiǎn)史1947年12月：肖克萊和巴登等人發(fā)明半導(dǎo)體鍺點(diǎn)集成電路簡(jiǎn)史1958年：超高頻硅微波晶體管問(wèn)世1959年：提出汽相制備單晶硅晶層的設(shè)想并或成功1959年：硅與鍺等主要半導(dǎo)體材料的氧化物特性數(shù)據(jù)1959年：德州儀器建成世界第一條集成電路生產(chǎn)線(xiàn)1960年：發(fā)明以硅外延平面結(jié)構(gòu)為架構(gòu)模式的晶體管制造技術(shù)，被后人稱(chēng)為硅外延平面工藝技術(shù)。該技術(shù)雖經(jīng)不斷完善，但其思路的實(shí)質(zhì)未變，沿用至今。該技術(shù)解決了此前無(wú)法解決的晶體管性能上的若干矛盾，為晶體管由分立的模式6集成電路簡(jiǎn)史1958年：超高頻硅微波晶體管問(wèn)世6集成電路制造概述超凈間(Cleanroom)亦稱(chēng)為無(wú)塵室或清凈室。“超凈間”是指將一定空間范圍內(nèi)之空氣中的微粒子、有害空氣、細(xì)菌等之污染物排除，并將室內(nèi)之溫度、潔凈度、室內(nèi)壓力、氣流速度與氣流分布、噪音振動(dòng)及照明、靜電控制在某一需求范圍內(nèi)，而所給予特別設(shè)計(jì)之房間。亦即是不論外在之空氣條件如何變化，其室內(nèi)均能俱有維持原先所設(shè)定要求之潔凈度、溫濕度及壓力等性能之特性。超凈間最主要之作用在于控制產(chǎn)品(如硅芯片等)所接觸之大氣的潔凈度日及溫濕度，使產(chǎn)品能在一個(gè)良好之環(huán)境空間中生產(chǎn)、制造，此空間我們稱(chēng)之為“超凈間”。7集成電路制造概述超凈間(Cleanroom)亦稱(chēng)為無(wú)塵室或超凈間(Cleanroom)按用途分類(lèi)（可分為兩大類(lèi)）工業(yè)超凈間以無(wú)生命微粒的控制為對(duì)象。主要控制空氣塵埃微粒對(duì)工作對(duì)象的污染，內(nèi)部一般保持正壓狀態(tài)。它適用于精密機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)（半導(dǎo)體、集成電路等）宇航工業(yè)、高純度化學(xué)工業(yè)、原子能工業(yè)、光磁產(chǎn)品工業(yè)（光盤(pán)、膠片、磁帶生產(chǎn)）LCD（液晶玻璃）、電腦硬盤(pán)、電腦磁頭生產(chǎn)等多行業(yè)。生物超凈間主要控制有生命微粒（細(xì)菌）與無(wú)生命微粒（塵埃）對(duì)工作對(duì)象的污染。8超凈間(Cleanroom)按用途分類(lèi)（可分為兩大類(lèi)）8超凈間構(gòu)成超凈間并非簡(jiǎn)單的凈化環(huán)境，還需要配合過(guò)渡間1（更衣間）、過(guò)渡間2，風(fēng)淋室、工作間1、工作間2和傳遞間等。潔凈度標(biāo)準(zhǔn)：每立方米體積內(nèi)大于0.5微米顆粒數(shù)的平均值作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，具體級(jí)別劃分如下9超凈間構(gòu)成9MEMS制造概述典型MEMS器件加速度傳感器(ASXL202Accelerometer)平面工藝＋3Dtechnology10MEMS制造概述典型MEMS器件10基礎(chǔ)電路與MEMS制造比較集成電路領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟集成電路制造技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)化高層次設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)與制造完全分立MEMS遠(yuǎn)未成熟沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的MEMS制造技術(shù)沒(méi)有高層次設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)任何一個(gè)簡(jiǎn)單的MEMS器件，都需要對(duì)制造有深入的理解MEMS發(fā)展的主要限制在于制造Andsowebegin…11基礎(chǔ)電路與MEMS制造比較集成電路領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟11集成電路制造程序3.1集成電路基本制造技術(shù)測(cè)

試

切

割

刻

蝕

光刻薄膜制備掩膜制造摻

雜

封

裝

硅片12集成電路制造程序3.1集成電路基本制造技術(shù)測(cè)試切集成電路制造程序13集成電路制造程序13

分單晶硅、多晶硅和非晶硅。單晶硅具有優(yōu)良的物理性質(zhì)，其機(jī)械穩(wěn)定性能良好，滯后和蠕變極小，質(zhì)量輕，密度小。力學(xué)性能好，具有高的強(qiáng)度密度比和高的剛度密度比。表3.1各向異性：硅屬于立方晶體結(jié)構(gòu)。硅單晶在晶面上的原子密度是以（111）>（110）>（100）的次序遞減，因此擴(kuò)散速度是以（111）<（110）<（100）方向遞增.腐蝕速度也是以（111）<（110）<（100）的順序而增加3.1.1集成電路使用的材料硅材料14

3.1.1集成電路使用的材料硅材料14多晶硅單晶硅是指整個(gè)晶體內(nèi)原子都是周期性的規(guī)則排列,而多晶是指在晶體內(nèi)各個(gè)局部區(qū)域里原子是周期性的規(guī)則排列,但不同局部區(qū)域之間原子的排列方向并不相同。因此多晶體也看作是由許多取向不同的小單晶體組成的，如圖所示。

15多晶硅15多晶硅薄膜具有與單晶硅相近的敏感特性、機(jī)械特性，它在微機(jī)械加工技術(shù)中多用于作為中間加工層材料。在工藝上可與單晶硅工藝相容，又能進(jìn)行精細(xì)加工，而且還可以根據(jù)器件的需要充當(dāng)絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。16多晶硅薄膜具有與單晶硅相近的敏感特性、機(jī)械特性，它在隨著單晶硅園片直徑越來(lái)越大，制造集成電路會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題（1）硅片電參數(shù)徑向均勻性質(zhì)差（2）硅片平整度的問(wèn)題（3）采用低溫加工環(huán)境硅片制造17隨著單晶硅園片直徑越來(lái)越大，制造集成電路會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題硅片制單晶生長(zhǎng)

工業(yè)上使用的單晶爐，普遍采用石墨電阻加熱式單晶爐。其組成部分有爐腔部分、提升機(jī)構(gòu)，氣參控制、電子控制和電源。拉晶過(guò)程中必須在真空或高純惰性氣氛中進(jìn)行，以免熔硅和石墨在高溫下氧化?？晒┻x擇的惰性氣體有氦或氬。拉晶過(guò)程

位錯(cuò)通過(guò)懸掛鏈和應(yīng)力場(chǎng)的作用，直接影響載流子的傳導(dǎo)過(guò)程，因此集成電路制造中應(yīng)當(dāng)采用無(wú)位錯(cuò)或少位錯(cuò)的硅單晶。18單晶生長(zhǎng)18從單晶硅錠到硅片拋光需要經(jīng)過(guò)多次機(jī)械加工和化學(xué)腐蝕，表面拋光以及清洗，檢測(cè)和若干其他輔助工藝。（1）晶向測(cè)定

在籽晶切割，定位面研磨和切片操作之前，需要進(jìn)行定向，使晶向及其偏差范圍符合工藝規(guī)范要求，用X射線(xiàn)衍射定向法測(cè)定。（2）機(jī)械加工

單晶硅外形整理，切割分段，外圓滾磨和定位面研磨等，然后進(jìn)行切片。對(duì)于大直徑單晶硅，應(yīng)使用帶式切割機(jī)切斷。硅片制備19從單晶硅錠到硅片拋光需要經(jīng)過(guò)多次機(jī)械加工和化學(xué)腐蝕，表面（3）切片切片是硅片制備中重要工序，其四個(gè)重要工藝參數(shù)，即晶向、原度、平行度、翹度。拋光是硅片表面的最后一次重要加工，也是精細(xì)的表面加工，拋光后的硅片表面應(yīng)當(dāng)是結(jié)凈的，無(wú)加工傷痕的，平整的和鏡面光滑的。

20（3）切片20

光刻工藝是一種圖象復(fù)印同刻蝕(化學(xué)的、物理的、或兩者兼而有之)相結(jié)合的綜合性技術(shù)。它先用照相復(fù)印的方法，將光刻掩模的圖形精確地復(fù)印到涂在待刻蝕材料（二氧化硅、鋁、多晶硅等薄層）表面的光致抗蝕劑（亦稱(chēng)光刻膠）上面，然后在抗蝕劑的保護(hù)下對(duì)待刻材料進(jìn)行選擇性刻蝕，從而在待刻蝕材料上得到所需要的圖形。3.1.2光刻工藝21光刻工藝是一種圖象復(fù)印同刻蝕(化學(xué)的、物理的、或兩者兼而在光刻工藝中使用的光刻膠有兩大類(lèi)：一類(lèi)叫負(fù)性光刻膠，其未感光部分能被適當(dāng)?shù)娜軇┤艹?，而感光的部分則留下，所得的圖形與光刻掩模圖形相反；另一類(lèi)叫正性光刻膠，其感光部分能被適當(dāng)?shù)娜軇┤艹粝挛锤泄獾牟糠?，所得的圖形與光刻掩模圖形相同。采用負(fù)性光刻膠制作圖形是一種人們熟知而且容易控制的工藝。其涂層對(duì)環(huán)境因素不那么靈敏，且具有很高的感光速度，極好的粘附性和搞蝕能力，成本低，適用于工業(yè)化大生產(chǎn)。目前刻蝕5m左右線(xiàn)條主要使用負(fù)性光刻膠。負(fù)性光刻膠的主要缺點(diǎn)是分辨率較低，不適于細(xì)線(xiàn)條光刻。22在光刻工藝中使用的光刻膠有兩大類(lèi)：一類(lèi)叫負(fù)性光刻膠，其未

表面處理涂膠前烘曝光顯影后烘腐蝕除膠23表面處理23光刻膠的性能指標(biāo)有感光度、分辨率、粘附性、抗蝕性、針孔密度、留膜率、穩(wěn)定性等。根據(jù)待加工材料的性質(zhì)，加工圖形的線(xiàn)寬及精度要求，曝光方式、腐蝕方法等正確選用光刻膠。(1)感光度感光度是表征光刻膠對(duì)光線(xiàn)敏感程度的性能指標(biāo)。它既與光刻膠本身的性質(zhì)有關(guān)，又與具體的光刻工藝條件有關(guān)光刻膠的主要性能24光刻膠的性能指標(biāo)有感光度、分辨率、粘附性、抗蝕性、針孔密（2）分辨率分辨率是光刻膠的又一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它是指用某種光刻膠光刻時(shí)所能得到的光刻圖形的最小尺寸。分辨率通常以每毫米內(nèi)能刻蝕出可分辨的最多線(xiàn)條數(shù)目來(lái)表示。（3）粘附性（4）抗蝕性濕法刻蝕二氧化硅或金屬時(shí)，要求光刻膠本身能較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受住酸、堿的浸蝕；干法刻蝕時(shí)，要求光刻膠能較長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受住等離子體的作用。25（2）分辨率25（5）針孔密度單位面積上的針孔數(shù)稱(chēng)為針孔密度。光刻膠膜上的針孔在腐蝕過(guò)程中會(huì)傳遞到襯底上去，危害極大。（6）留膜率留膜率是指曝光顯影后的非溶性膠膜厚度與曝光前膠膜厚度之比。留膜率除與光刻膠本身的性質(zhì)有關(guān)外，還受光刻工藝條件的影響。如膠膜厚度、前烘溫度、曝光氣氛、曝光量、顯影液成分等26（5）針孔密度26在硅片上制作器件或電路時(shí)，為進(jìn)行定域摻雜與互連等，需要進(jìn)行多次光刻，各次光刻的工藝條件略有差異，但一般都要經(jīng)過(guò)涂膠、前烘、曝光、顯影、后烘、刻蝕和去膠7個(gè)步驟。襯底材料對(duì)光刻工藝的影響襯底材料的表面清潔度，表面性質(zhì)和平面度對(duì)光刻質(zhì)量均有影響。光刻工藝27在硅片上制作器件或電路時(shí)，為進(jìn)行定域摻雜與互連等，需要進(jìn)行多增粘處理二氧化硅是主要的刻蝕對(duì)象。由于光刻膠與襯底之間的粘附力大小對(duì)光刻質(zhì)量有極大影響，所以改善二氧化硅表面性質(zhì)的處理方法，會(huì)提高粘附力涂膠

涂膠就是將光刻膠均勻地涂敷在硅片的表面，其質(zhì)量要求：膜厚符合設(shè)計(jì)要求，膜厚均勻，膠面上看不到干涉花紋。負(fù)膠的片內(nèi)膜厚誤差應(yīng)小于5%，正膠應(yīng)小于2%；膠層內(nèi)無(wú)點(diǎn)缺陷；涂層表面沒(méi)有塵埃碎屑。28增粘處理282929對(duì)位與曝光

對(duì)位與曝光是光刻工藝中最關(guān)鍵的工序，它直接關(guān)系到光刻的分辨率、留膜率、條寬控制和套準(zhǔn)精度。曝光的目的是用盡可能短的時(shí)間使光刻膠充分感光，在顯影后得到盡可能高的留膜率，近似于垂直的光刻膠側(cè)壁和可控的條寬。一般情況下，正膠和負(fù)膠顯影后的側(cè)壁形狀都是梯形，正膠的側(cè)壁較負(fù)膠的側(cè)壁要陡直得多。曝光時(shí)間越長(zhǎng)，光的衍射效應(yīng)對(duì)光刻膠側(cè)壁的影響越嚴(yán)重。除了曝光量以外，光刻膠的膜厚，襯底的反射，膠膜和掩模之間的間距，以及顯影條件等因素都會(huì)影響條寬變化量。

30對(duì)位與曝光30顯影

顯影是用溶濟(jì)除去未曝光部分（負(fù)膠）或曝光部分（正膠）的光刻膠，在硅片上形成所需的光刻膠圖形。影響顯影質(zhì)量的因素顯影液與分辨率對(duì)于負(fù)膠細(xì)線(xiàn)條（<5μm）光刻來(lái)說(shuō)，顯影時(shí)光刻膠的膨脹是影響成象分辨率和線(xiàn)寬的主要原因。與負(fù)膠相比正膠顯影液是含水的堿性溶液。它對(duì)光刻膠的滲透作用較小。未曝光部分的光刻膠不發(fā)生化學(xué)變化，表面仍呈疏水性。顯影液對(duì)它的作用很小，因此正膠顯影不存在光刻膠的膨脹問(wèn)題，使正膠的分辨率可以做得很高。因此正膠廣泛用微細(xì)加工。31顯影31后烘后烘的目的是去除顯影后膠層內(nèi)殘留的熔液，充分的后烘可提高光刻膠的粘附力和抗蝕性。后烘又稱(chēng)堅(jiān)膜。在一些特殊場(chǎng)合，高溫后烘時(shí)產(chǎn)生的塑性流動(dòng)還可以封閉膠層的微小針孔，或者減小襯底的側(cè)向腐蝕。32后烘32濕法腐蝕腐蝕是為了去除顯影扣裸露出來(lái)的介質(zhì)層。覆蓋在硅片上的介質(zhì)主要有下面幾種，SiO2、Si3N4等絕緣膜，多晶硅等半導(dǎo)體膜以及Al等金屬膜。光刻過(guò)程的腐蝕，一般應(yīng)考慮以下六個(gè)問(wèn)題：①腐蝕均勻性；②腐蝕方向性；③腐蝕選擇性；④腐蝕速度；⑤公害和安全措施；⑥經(jīng)濟(jì)性。其中最重要的問(wèn)題是腐蝕方向性與腐蝕選擇性。33濕法腐蝕33A．二氧化硅的腐蝕二氧化硅是IC制造中使用最多的一種絕緣介質(zhì)，關(guān)于二氧化硅的濕化學(xué)腐蝕機(jī)理及NH4F對(duì)腐蝕的“緩沖”作用，許多書(shū)中都有敘述。B．氮化硅的腐蝕不含氧的純Si3N4稱(chēng)為硬氮化硅，含氧與氫等的SiN4稱(chēng)為軟氮化硅，兩者蝕速不等，前者蝕速比后者小。氫氟酸對(duì)Si3N4的腐蝕比二氧化硅慢得多，而磷酸正好與之相反。因此，可以用熱磷酸去除硅和二氧化硅上的Si3N4層。34A．二氧化硅的腐蝕34C．多晶硅腐蝕以往多晶硅多半用HF-HNO3-HAC（冰醋酸）的混合液進(jìn)行腐蝕，由于腐蝕終點(diǎn)難于控制，腐蝕質(zhì)量不佳，現(xiàn)已基本上采用干法腐蝕。D.鋁腐蝕鋁腐蝕液的種類(lèi)較多，但使用效果最好的是由磷酸、硝酸、冰醋酸與水組成的混合腐蝕液。E.鈍化膜腐蝕IC芯片的鈍化普遍采用CVD生長(zhǎng)的磷硅玻璃（PSG）。由于鈍化腐蝕必然要接觸鋁表面，因此應(yīng)盡量減少腐蝕液對(duì)鋁膜的腐蝕與氧化作用。35C．多晶硅腐蝕35干法腐蝕法腐蝕具有分辨率高、各向異性，腐蝕能力強(qiáng)，不同材料的腐蝕選擇比大，腐蝕均勻性重復(fù)性好，以及易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)操作等優(yōu)點(diǎn)，干法腐蝕已成為超大規(guī)模集成電路制造的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕技術(shù)。（1）等離子體腐蝕等離子體腐蝕是依靠高頻輝光放電形成的化學(xué)活性游離基與被腐蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種選擇性腐蝕方法。36干法腐蝕36去膠

當(dāng)二氧化硅或鋁等待刻蝕材料腐蝕完畢后，起刻蝕掩蔽作用的光刻膠，就必須去除干凈。去膠后硅片表面無(wú)殘膠，殘跡，去膠工藝可靠，不損傷下層的襯底表面。去膠的方法很多，目前采用濕法去膠，去膠液是有機(jī)或無(wú)機(jī)試劑，具體的去膠液應(yīng)根據(jù)不同的襯底材料和工藝要求選用。如二氧化硅、氮化硅、多晶硅等襯底材料一般用硫酸中添加過(guò)氧化氫，去膠效果好，去膠液可反復(fù)多次使用。金屬襯底去膠需用專(zhuān)門(mén)的有機(jī)類(lèi)去膠劑。37去膠37光刻機(jī)ASML、Canon、Nikon25％半導(dǎo)體工業(yè)設(shè)備投入提高分辨率的方法波長(zhǎng)248nm/193/157nm數(shù)值孔徑0.8538光刻機(jī)383.1.2薄膜沉積化學(xué)氣相淀積(Chemicalvapordeposition)熱氧化(Thermaloxidation)物理氣相淀積(Physicalvapordeposition)外延(Epitixy)393.1.2薄膜沉積化學(xué)氣相淀積(Chemicalvapo化學(xué)氣相淀積

化學(xué)氣相淀積（chemicalvapourdesition簡(jiǎn)稱(chēng)為CVD）是使一種或數(shù)種物質(zhì)的氣體以某種方式激活后，在襯底表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并淀積出所需固體薄膜的生長(zhǎng)技術(shù)。已發(fā)展多種實(shí)用的CVD技術(shù)。按淀積溫度可分為低溫（200-500℃），中溫（500-1000℃），高溫（1000-1200℃）三種；按反應(yīng)壓力分為常壓與低壓；按反應(yīng)壁溫度可分為熱壁與冷壁兩類(lèi)，按反應(yīng)激活方式可分為熱激活、等離子體激活，光激活等。目前最常用的是常壓冷壁、低壓熱壁、等離子激活等三種淀積方法。40化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積（chemicalvapour淀積二氧化硅分摻雜與不摻雜兩種。不摻雜二氧化硅可用作離子注入或擴(kuò)散的掩模、防止固態(tài)摻雜源內(nèi)雜質(zhì)外擴(kuò)散的覆蓋層、以及MOS電路場(chǎng)氧化層的增厚層。摻磷二氧化硅用作金屬層間絕緣材料、器件表面的最后鈍化層及有害雜質(zhì)的吸除層。摻有磷、砷、硼的二氧化硅有時(shí)作固-固擴(kuò)散源使用。二氧化硅41淀積二氧化硅分摻雜與不摻雜兩種。不摻雜二氧化硅可用作離子

氮化硅在集成電路制造中用作鈍化膜，局部氧比膜，擴(kuò)散掩膜、絕緣介質(zhì)膜，以及雜質(zhì)或缺陷的萃取膜使用。氮化硅重要的性質(zhì)是對(duì)水、氧、鈉、鋁、鎵、銦都具有極強(qiáng)的擴(kuò)散阻擋能力，因此它是一種較理想的鈍化材料。

CVD氮化硅的結(jié)構(gòu)是以900℃為界，淀積溫度超過(guò)900℃時(shí)，薄膜開(kāi)始晶化。低于900℃時(shí)，基本上為非晶態(tài)，非晶態(tài)氮化硅與晶態(tài)氮化硅相比，雖然密度較小，硬度較低，腐蝕速率較快，但薄膜的連續(xù)性好，針孔少，阻擋雜質(zhì)擴(kuò)散的能力更強(qiáng)，適于集成電路制造的要求。氮化硅42氮化硅在集成電路制造中用作鈍化膜，局部氧比膜，擴(kuò)散掩膜、

折射率與蝕速是衡量氮化硅質(zhì)量的兩個(gè)常用參量。薄膜富硅時(shí)，折射率增加，薄膜含氧時(shí)折射率下降。含氧過(guò)多會(huì)損害薄膜對(duì)雜質(zhì)的阻擋作用。CVD氮化硅膜具有極大的張應(yīng)力，可達(dá)到1×109Pa，因而膜厚超過(guò)200nm時(shí)有可能發(fā)生龜裂。淀積前襯底表面的顆粒雜質(zhì)含導(dǎo)致膜的應(yīng)力集中現(xiàn)象。43折射率與蝕速是衡量氮化硅質(zhì)量的兩個(gè)常用參量。薄膜富硅時(shí)，氮化硅的制備氮化硅有晶態(tài)與非晶態(tài)兩種結(jié)構(gòu)，作為器件使用的氮化硅應(yīng)當(dāng)是非晶態(tài)的。氮化硅的制備方法很多，有熱生長(zhǎng)法、反應(yīng)濺射法、蒸發(fā)法、CVD法等等。但在器件生產(chǎn)中主要采用CVD法。此時(shí)常利用下述反應(yīng)進(jìn)行淀積：（700-900℃）℃3SiN4+4NH3Si3N4+12H2

多晶硅

44氮化硅的制備44熱氧化技術(shù)1二氧化硅膜的結(jié)構(gòu)氧化工藝是集成電路制造中的基本工藝。為滿(mǎn)足集成電路制造的要求，出現(xiàn)了制備二氧化硅膜的多種方法。熱氧化工藝生長(zhǎng)的二氧化硅薄膜具有無(wú)定形玻璃狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的基本單元是一個(gè)由Si—O原子組成的正四面體，45熱氧化技術(shù)1二氧化硅膜的結(jié)構(gòu)氧化工藝是集成電路制造中的不同方法制備的二氧化硅膜的物理性質(zhì)有所不同如密度、折射率、電阻率、介電常數(shù)、介電強(qiáng)度等二氧化硅膜的化學(xué)性質(zhì)：有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，不溶于水，除氫氟酸外，其他酸與其不起作用，可以被HF所腐蝕，二氧化硅膜的絕緣性能。Si—SiO2的界面特性在此界面上與存在著二氧化硅層中的可動(dòng)離子電荷，所以控制Si—SiO2中的電荷數(shù)目及漂移是關(guān)注的問(wèn)題之一。2.二氧化硅膜的性質(zhì)3.熱氧化工藝

在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，普遍采用干氧一濕氧一干氧交替的氧化方法。46不同方法制備的二氧化硅膜的物理性質(zhì)有所不同如密度、折射率物理氣相淀積物理氣相淀積(Physicalvapordeposition,PVD)利用外界能量把被淀積靶材料從固體變?yōu)闅鈶B(tài)，并再變成固態(tài)沉積在襯底的過(guò)程PVD過(guò)程只有物質(zhì)相態(tài)的改變而沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程PVD可以淀積多種金屬和非金屬，成本低、穩(wěn)定性好，但是薄膜質(zhì)量和臺(tái)階覆蓋較差PVD蒸鍍(Evaporation)濺射(Sputtering)47物理氣相淀積物理氣相淀積(Physicalvaporde48484949PVD的優(yōu)缺點(diǎn)蒸鍍和濺射都是有方向性的大批量生產(chǎn)，均勻性較好適用材料范圍較廣臺(tái)階覆蓋性一般薄膜性能可控設(shè)備較為復(fù)雜50PVD的優(yōu)缺點(diǎn)蒸鍍和濺射都是有方向性的50外延51外延51摻雜是人為的方法.將所需雜質(zhì)按要求的濃度與分布摻入到材料中,以達(dá)到改變材料的電學(xué)性質(zhì),形成半導(dǎo)體器件的目的。利用摻雜技術(shù)可以制備p—n結(jié)，電阻器、歐姆接觸和互連線(xiàn)等。摻雜技術(shù)在集成電路制造中主要采用擴(kuò)散法與離子注入法。應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的摻雜方法。3.1.4摻雜技術(shù)52摻雜是人為的方法.將所需雜質(zhì)按要求的濃度與分布摻入到材料1擴(kuò)散原理

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是微現(xiàn)粒子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.在一定溫度下雜質(zhì)原子具有一定的能量,能夠克服某種阻力進(jìn)入半導(dǎo)體,并在其中緩慢的遷物運(yùn)動(dòng).這些雜質(zhì)原子不是代替硅原子的位置,而是處在晶體的間隙中,因此擴(kuò)散有替位式擴(kuò)散和間隙式擴(kuò)散兩種方式。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)總是從濃度高的地方向濃度低的地方移動(dòng),宏觀上看,好象有一個(gè)力使原子沿著濃度下降的方向運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的快慢與溫度,濃度梯度有關(guān)。531擴(kuò)散原理532擴(kuò)散方法在氣固擴(kuò)散中包含液態(tài)源擴(kuò)散。粉狀源擴(kuò)散，氣狀源擴(kuò)散；固一固擴(kuò)散包含乳膠源擴(kuò)散、CVD摻雜二氧化硅源