? 常见缺陷：氧化诱生堆垛层错
? 由于不完全氧化 ，造成带正电电荷区
原因：过剩硅离子，产生悬挂键，出现净电荷 解决：H2或H2和N2混合气氛中低温退火 ? 由于沾污引入碱金属离子（如Na+），是可动正离子 解决：热氧化中掺入HCl ? 是造成SiO2?aSi界面氧化不完全的原因，导致过多的硅空隙 ? 解决：掺氯氧化
三、氧化物的生长速度影响参数
温度、氧化剂（O2或H2O）、压力、掺杂水平、硅的晶向 四、工艺与设备 （1）.工艺过程：
? 氧化前清洗→氧化→检查
? 湿法清洗：去除颗粒，可动离子，天然氧化层等
氧化：含氯干氧清洗石英管 干→湿→干 交替氧化 检查：膜厚 均匀性 颗粒 缺陷等 （2）.氧化设备
? 高温炉（扩散炉） ： 可用于热氧化 热退火 淀积膜 热扩散 ? 主要有：卧式炉、立式炉、 快速热处理（RTP）
? 卧式炉和立式炉特点：
基本工作原理一样、热壁炉体（硅片和炉壁都需要加热）、立式炉占地面积小，便于自动化，颗粒沾污少
? RTP 特点：
单片处理、冷壁炉体（炉壁不加热，只对硅片加热）、升温快，加工时间短，沾污少、温度均匀性差、最广泛的应用是离子注入后的退火 第四章 膜淀积
? 淀积：一种材料以物理方式沉积在晶圆表面的工艺过程 ? 与热氧化的区别：形成膜的来源不同
淀积：形成膜的物质全部来自外部的源 热氧化：从硅片表面生长，消耗衬底材料 ? 淀积的膜：SiO2，Si3N4，多晶硅，金属等 一、薄膜特性（质量参数要求） ? 高密度：连续的 不含孔隙 ? 厚度一致（均匀性） ? 对台阶的覆盖好
? 高的深宽比间隙填充能力 ? 高纯度
? 合适的化学剂量 ? 低的膜应力
? 对下层材料的粘附性，台阶覆盖间隙填充能力 ? 用深宽比来描述一个间隙（孔或槽） ? 深宽比=深/宽
? 高的深宽比典型值一般为3 有时是5或更大 ? 一般膜淀积时槽的底部和边缘比较薄 二、薄膜形成
? 形成过程：晶核形成→聚集成束（岛生长）→连续成膜 ? 膜结构控制：淀积膜可能是无定形、多晶、单晶
工艺设置不当，控制不良，会导致错误的膜结构 三、膜淀积技术
化学 化学气相淀积（CVD） 电镀 物理 蒸发 溅射 旋涂方法
(1)化学气相淀积特点：产生化学反应、反应物以气相形式参加反应、 膜中的所有材料物质来源于外部的源
（2）反应机理 1.薄膜形成过程
参加反应的气体传输到硅片表面；反应物扩散至硅片表面并吸附其上；硅片表面发生化学反应，生成膜分子和副产物；膜分子沿硅片表面向膜生长区扩散并与晶格结合成膜；反应副产物随气流流动至排气口，被排出淀积区
2.速度限制：最慢的阶段决定整个淀积过程的速度
? 两个速度：反应气体传输到硅片表面的速度、在硅片表面处的化学反应速度 ? 质量传输限制CVD：
V传输< V反应；不能提供充足的反应物（量不足）；
对温度不敏感；提高淀积率的途径：提高反应气体流量 ? 反应速度限制CVD：
V传输>V反应；反应物量足，化学反应慢；
提供反应的能量很重要：温度；压力（低压有助于反应物扩散，低压CVD 属于反应速度限制） 四、工艺与设备
常压CVD（APCVD）、低压CVD（LPCVD）、等离子体辅助CVD（PECVD）
（1）常压CVD（APCVD）属于质量传输限制：反应速度可以保证反应气体的量不充足 ? 特点：淀积速度快 台阶覆盖能力差 气体消耗量大 低产出率
? 应用：淀积SiO2和掺杂的氧化硅，用于层间绝缘、保护性覆盖物、表面平坦化等功能 （2）低压CVD（LPCVD） ? 属于反应速度限制：
低压下便于扩散，有足够的反应气体到达硅片表面 反应速度限制了淀积速度（要严格控制温度）
? 特点： 优良的台阶覆盖能力 大的硅片容量 淀积速率低 高维护 ? 应用：多晶硅膜和氮化硅
（3）等离子体辅助CVD（PECVD）
? 在LPCVD基础上，加高频电场，使反应气体电离成等离子体，发生反应，沉积成膜
? 特点：低压，可与LPCVD比拟；低温，快速淀积；台阶覆盖能力好；要求RF系统成本高 ? 应用：淀积热稳定性差的材料 五、外延
? 定义：在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层
? 优点：外延在优化器件性能上提供很大的灵活性。 1、 外延工艺：气相外延（VPE）、分子束外延（MBE） （1）气相外延
? 硅片制造中最常用的外延方法，属于CVD ? 硅气相外延的生长机理 ? 工艺步骤
清洁、装炉、换气、升温、气相抛光、外延生长、闭源降温、取片 （2）分子束外延
? 类似于真空蒸发淀积，是用来淀积外延层可达到原子分辨率的一种方法
? MBE系统提供电磁场使硅原子蒸发，这些硅原子束离开硅源，流动通过腔体，淀积在单晶硅片上 ? 特点：低温，减少了自掺杂和外扩散；生长速度慢；膜形成易控制，可实现单层增量控
制；产率低，花费高
六、金属化与平坦化 ? 什么是金属化：集成电路的各个组件制作完成后，需要按照设计要求将这些组件进行相应的连接以形成一个完整的电路系统，并提供与外电路相连接的接点，完成此项任务的就是金属布线。金属化就是在组件制作完成的器件表面淀积金属薄膜，金属线在IC中传导信号，介质层则保证信号不受临近金属线的影响。
? 什么是平坦化：
平坦化就是将硅片表面起伏不平的介电层加以平坦的工艺。经过平坦化处理的介电层，没有高低落差，在制作金属线时很容易进行，而且光刻出的连线图形比较精确。 （1）金属布线
? 基本概念：互连、接触、通孔、栓塞 ? 多种金属
互连金属（铝，铝铜合金，铜）、阻挡层（钛，钽等）、硅化物、金属填充塞（钨） （2）金属淀积方法：蒸发、溅射、金属CVD、电镀
1）蒸发：真空蒸发、电子束蒸发。在真空系统中，金属原子获得足够的能量后便可以脱离金属表面的束缚成为蒸汽原子，沉积在晶片上。早期的金属膜采用蒸发法，20世纪70年代被溅射取代。特点：台阶覆盖差 沟槽填充能力差 淀积合金困难
2） 溅射：高能粒子撞击靶，撞击出原子，沉积在基片上，形成薄膜。特点：可在大晶圆上控制淀积
均匀的薄膜、膜厚均匀，台阶覆盖能力好、保持复杂合金原组分、能淀积高熔点和难溶金属、能够在淀积金属前清除硅片表面沾污和本身的氧化层（原位溅射）
三类溅射系统：RF（射频）、磁控、IMP（离子化的金属等离子体）
3） 金属CVD：CVD法由于台阶覆盖能力强，具有良好的高深宽比接触和无间隙式的填充，广泛应用
于金属淀积。应用：钨，铜的种子层等 4）铜电镀 （3）平坦化
1）传统平坦化技术：
反刻 玻璃回流 局部平坦化技术 旋涂膜层 2） 化学机械抛光（CMP）→全局平坦化技术
平坦化 未平坦化的硅片 不同的平坦化效果 反刻法示意图 玻璃回流示意图 旋涂膜层法 旋涂膜层之后的效果 化学机械平坦化（CMP） CMP工艺中的图形密度效应
七、铜金属化
（1）信号延迟（互连延迟）成为关键延迟，低K介质和铜互连成为发展的趋势 （2）使用铜的困难：
1）铜在氧化硅和硅中扩散快（铜扩散进硅的有源区，使器件失效） 2）铜难刻蚀
3）低温下（<200℃）空气中，易氧化，且不会形成保护层阻止铜进一步氧化 第五章 光刻
5-1光刻材料 一、概述
制作掩膜版步骤：将掩膜版上的图形转移到硅片表面的光敏薄膜上，再进行刻蚀或离子注入（掺杂）。 ? 光刻使用光敏光刻胶材料和受控制的曝光形成三维图形 ? 光刻是IC制造中关键步骤
1/3成本、40%—50%生产时间、决定CD ? 多次光刻
? 光刻材料：光刻胶 掩膜版 二、光刻胶（PR） 1.光刻胶的特性及作用 ? 是一种光敏材料
? 通过曝光使光刻胶在显影液中的溶解度发生改变 可溶→不可溶（负胶） 不可溶→可溶（正胶）
? 光刻胶的作用：保护下层材料
? 光刻胶：负性光刻胶 正性光刻胶 2.光刻胶的组成
树脂：作为沾合剂的聚合物的混合物，给予光刻胶机械和化学性能。 感光剂：光刻胶材料的光敏成分。 溶剂：使光刻胶具有流动性。
添加剂：控制光刻胶材料特殊方法的化学性质。 （1）负性光刻胶
? 树脂（可溶于显影液）
曝光后感光剂产生自由基，自由基使树脂交联而不溶于显影液 ? 显影后图形与掩膜版相反 （2）正性光刻胶
? 树脂（本身是可溶于显影液，感光剂是一种强力溶解抑制剂） 曝光后感光剂产生酸，酸提高树脂在显影液中的溶解度 ? 显影后图形与掩膜版相同 （3）对比：正、负光刻胶
? 负胶：显影泡胀而变形，使分辨率下降
曝光速度快，与硅片粘附性好，价格便宜，2μm分辨率 ? 正胶：无膨胀，良好的线宽分辨率，和基片之间的粘附性差 ? 当前主要使用正胶 3.光刻胶发展
? 传统I线光刻胶（I线紫外波长365nm，0.35μmCD） ? 深紫外（DUV）光刻胶（248nm，0.25μmCD） ? 深紫外光刻胶的化学放大（193nm，0.18μmCD） 4.光刻胶的特性
? 分辨率：将硅片上两个邻近的特征图形区分开的能力 ? 对比度：光刻胶上从曝光区到非曝光区过渡的陡度 ? 敏感度：产生一个良好图形所需的最低能量 ? 粘滞度：液体光刻胶的流动特性的定量指标 ? 粘附性：光刻胶粘着衬底的强度
? 抗蚀性：在后面的加工工艺中保持化学稳定性 三、掩膜版
