集成电路制造工艺及设备.ppt

* 光学曝光的三种曝光方式 接触式曝光 接近式曝光 投影式曝光 接触式曝光 接触式曝光是掩膜板直接同光刻胶接触，它具有设备简单、分辨率高的优点。它分成真空接触、硬接触和软接触三种方式，其中真空接触具有接触力均匀、掩膜变形小和可以消除氧气对光刻胶的影响等优点。由于接触式曝光时掩膜版同光刻胶直接接触，所以掩膜版容易损伤，图形缺陷多、管芯成品率低、不适合VLSI生产。 接近式曝光 接近式曝光是掩膜版同光刻胶离开10 ～50 μm，所以掩膜版不容易被损伤，掩膜版的使用寿命长，图形的缺陷少，管芯的成品率高，但是缺点是分辨率低，同时机器操作比接触式曝光机复杂、价格也稍贵。 投影式曝光 光刻工艺中的投影式曝光分1 : 1、4 : 1、5 : 1几种。 投影式曝光的掩模版同硅片不接触，对于4:1、5:1缩小的投影曝光，可以得到更小的图形尺寸，可以减少掩模版上缺陷（如灰尘等颗粒）对成品率的影响。 stepper是IC制造工艺中最重要的设备，也是最昂贵的设备， 特殊的光刻工艺 LIGA技术 剥离技术（Lift Off） 膜的工艺要求 ● 好的台阶覆盖（step coverage）能力。 ● 填充高的深宽比间隙的能力。 ● 好的厚度均匀性。 ● 高纯度和高密度。 ● 受控制的化学剂量。 ● 高度的结构完整性和低的膜应力。 ● 好的电学性能。 ● 对衬底材料或下层膜好的粘附性。 4. 薄膜工艺 4.1 CVD法制作SiO2薄膜 APCVD、LPCVD、PECVD或溅射等方式都可以得到SiO2薄膜。这种制作二氧化硅薄膜的方法同硅的热氧化制作二氧化硅有着本质上的区别：前者是同衬底材质没有关系，二氧化硅是淀积到衬底上去的；后者是硅衬底直接同氧或水在高温下进行化学反应生成二氧化硅。 采用LPCVD、PECVD或溅射等方式制作薄膜的最大优点是工作温度比较低，其中LTO 的工作温度是620℃左右， PECVD方式淀积SiO2的温度可以在200 ℃以下。不同的淀积方式、用不同的源淀积的SiO2在密度、折射率、应力、介电强度、台阶覆盖和腐蚀速率等各方面性能上都有很大差别。溅射方式制作SiO2薄膜 的温度低、质量好，但是效率低、成本高。 Si3N4在器件制造中可以用作钝化膜、局部氧化扩散掩膜、硅湿法腐蚀的掩蔽膜、绝缘介质膜以及杂质或缺陷的萃取膜。它最重要的性质是对H2O、O2 、Na、Al、Ga、In等都具有极强的扩散阻挡能力。特别是对H2O和Na 的强力阻挡作用，使它成为一种较理想的钝化材料。 4.2 Si3N4薄膜的性质 匀胶、曝光、显影、坚膜、刻蚀Si3N4 去胶、清洗、场区氧化1μm Si3N4作为硅片高温局部氧化的掩蔽层 Si3N4 膜 〈 100〉/ 〈111〉的腐蚀比达400：1 Si3N4 Si3N4作为硅片湿法腐蚀的掩蔽膜 Si3N4作为硅芯片的保护膜 铝焊盘 钝化层 钝化结构 SiO2 /Si PSG /SiO2 /Si Si3N4 /Si Si3N4 / SiO2 / Si 可动离子 密度(/ cm2) ＞1013 4.3×1012 6.5×1010 6.6×1010 不同材料的阻钠能力 虽然Si3N4/Si结构具有最好的阻钠能力，实际上由于界面存在极大的应力与极高的界面态密度，所以都采用Si3N4/ SiO2/ Si 结构。 4.3 铝布线的优缺点 ■能长期工作 优点 ■ 同硅或多晶硅能形成欧姆接触 ■ 电阻率能满足微米和亚微米电路的要求 ■ 与 SiO2 有良好的附着性 ■ 台阶的覆盖性好 ■ 易于淀积和刻蚀 ■易于键合 缺点 ■ 在大电流密度下容易产生金属离子 电迁移现象，导致电极短路。 ■ 铝硅之间容易产生“铝钉”，深度可 达1μm，所以对于浅结工艺很容易造 成PN结短路。 5.1 溅射 根据采用的电源种类，等离子体溅射有两种方式：直流阴极溅射和射频溅射。 直流阴极溅射是荷能粒子（一般采用正离子）轰击处在阴极的靶材，把靶材上的原子溅射到阳极的硅片上。 5. 等离子体加工技术小结 如果靶材是绝缘介质或导电靶上受绝缘介质污染时，相当于在等离子体与阴极之间有一个电容器，采用直流电源实现溅射存在困难，所以对于绝缘靶的溅射一般采用射频（RF）电源，但是它必须要在硅片与靶之间加一个直流偏压。 ～ 射频溅射 直流溅射 + E C 靶 载片台 5.2 PECVD PECVD是让两种反应气体在衬底表面发生化学反应，如：PECVD淀积Si3N4 。 3SiH4 ＋ 4NH