半导体制造工艺 第2版幻灯片.pptVIP

不能产生均匀的台阶覆盖 通过片架的“自转”和“公转”，在台阶覆盖覆盖方面取得了一些进步； 在超大规模集成电路制造技术中，金属化需要能够填充具有高深宽比的小孔，并且产生等角的台阶覆盖； 蒸发技术在高深宽比的孔填充方面远远不能满足要求，所以导致蒸发在现代IC生产中被淘汰； 蒸发缺点 难以淀积合金材料 由于合金是两种金属材料组成，而两种金属就会有两种不同的熔点，这使得利用蒸发使合金材料按原合金比例淀积到硅片上是不可能的； 溅射 概念： 利用等离子体中的离子，对被溅镀物体（粒子靶）进行轰击，使气相等离子体内具有被溅镀物体的粒子，这些粒子淀积到硅晶片上形成溅射薄膜； 溅射优点： 可在一个面积很大的靶上进行，这样解决了大尺寸硅片淀积铝膜厚度均匀性的问题； 在选定工作条件下，膜厚较容易控制，只要调节时间就可以得到所需要厚度； 溅射淀积薄膜的合金成分要比用蒸发容易控制； 溅射工作原理： 产生离子并导向一个靶； 离子把靶表面上的原子轰击出来； 被轰击出的原子向硅片运动； 在硅片表面这些原子凝成薄膜； 溅射示意图 辉光放电 轰击靶材料的高能粒子是辉光放电产生的； 原理：一根玻璃管中充满了压力为1Torr的氩气，两个电极之间的距离为15cm，电压为1.5kv，在玻璃管中引入一个电子，这个电子在两个电极间的电场中加速，这个自由电子有可能碰撞氩原子，把氩原子中的电子激发出来，激发出来的电子就是轰击源材料的轰击源； 溅射方式： 直流溅射（无法溅射绝缘材料，少用） 射频（RF）溅射（可溅射绝缘材料） 磁控溅射 溅射优势（与蒸发相比） 适合于淀积合金，而且具有保持复杂合金成分的能力； 能获得良好的台阶覆盖（蒸发来自于点源，而溅射来自平面源并且可以从各个角度覆盖硅片表面，通过旋转和加热硅片，台阶覆盖还可以得到进一步提高）； 形成的薄膜与硅片的黏附性比蒸发工艺好； 能够淀积难容金属； 铜（Cu）制备 CVD淀积铜 电镀铜（Cu Ecp） Cu淀积，需要在制备铜互连之前，CVD一层薄Cu种子层； CVD方式用于淀积Cu布线种子层；电镀铜工艺用于同互连线制备； 铜电镀（Cu Ecp） ECP是工业上传统的镀膜工艺之一，电镀工艺存在较大污染和难以控制的工艺过程，在半导体工艺中一直未得到采用； 直到铜互连技术的被采用； 铜电镀工艺优点： 成本低 工艺简单 无需真空支持 淀积速率易提高 铜电镀工艺 用湿法化学品和电流将靶材上的铜离子转移到硅片表面的过程； 系统构造 电镀液（硫酸铜、硫酸、水） 脉冲直流电流源 铜靶材 硅片 原理： 当电源加在铜靶（阳极）和硅片（阴极）之间时，溶液中产生电流并形成电场； 铜靶（阳极）中的铜发生反应转换成铜离子，并在外加电场作用下，向硅片（阴极）定向移动，到达硅片时，铜离子阴极与阴极处的电子发生反应生成铜原子，并被镀在硅片表面； 铜电镀（ECP）原理示意图 电镀铜缺陷： 填充高深宽比的沟槽不理想！（在沟槽的不同部位，电流密度不均匀；沟槽顶部电流密度高，底部电流密度低） 加上集成电路特征尺寸不断缩小，沟槽深宽比增大，使得沟槽更加难以得到良好的填充。 解决措施： 添加剂法 加入添加剂是改善高深宽比沟槽的填充性能非常关键的因素； 添加剂类型： 加速剂 抑制剂 平坦剂 原理及步骤： 添加剂吸附到铜种子层表面，沟槽内首先进行均匀性填充； 当加速剂A达到临界浓度时，电镀开始从均匀性填充变成由底部向上填充； 抑制剂S大量吸附在沟槽开口处，在和氯离子的共同作用下，通过扩散-淀积的阴极表面形成一层连续抑制电流的单层膜，通过阻碍铜离子扩散来抑制铜的继续沉积； 双大马士革工艺 铜的干法刻蚀中，采用传统方式，不能产生易挥发的副产物，因此不适合用干法刻蚀； 双大马士革工艺原理： 通过层间介质层刻蚀形成孔或槽，确定好线宽和图形间距，然后将铜淀积到刻蚀好图形的表面上，再经过化学机械抛光方式除掉多余的铜； 双大马士革工艺流程（第二层金属） 1、层间介质淀积 PECVD淀积两层SiO2介质，并使用HDPCVD淀积出致密的、没有针孔的刻蚀阻挡层； 2、金属2的线槽刻蚀 利用光刻、刻蚀工艺刻蚀SiO2至刻蚀阻挡层，刻蚀出金属2层线槽的图形； 3、金属层间通孔刻蚀 继续刻蚀掉刻蚀阻挡层和SiO2层，形成金属2与金属1之间的介质隔离通孔图形；完成互联线的线宽和图形的刻蚀； 4、淀积金属阻挡层 在槽和通孔底部及侧壁用离子化的PVD淀积铜扩散阻挡层（钽或氮化钽）； 5、淀积铜种子层 用CVD淀积连续的铜种子层，种子层必须是均匀且没有针孔； 6、铜电镀 用电镀法淀积铜，既填充通孔窗口，也填充沟槽； 7、用CMP清除额外的铜 用化学机械抛光方式清除额外的铜； 这一过程的平坦化表面是为了下一道工序做准备； 学习情景三 常州信息职业技术学院 学习情景三：薄膜制备子情景4：