芯片半导体制造工艺-第十三章 金属化
第十三章钝化.
联氨与氨相比虽淀积温度较低，但是其中含 水量较多，常得到氮氧化硅，所以应特别注 意加强脱水。化学气相淀积法制备氮化硅薄 膜类似于硅外延淀积，例如，比较普遍采用 的硅烷、氨化学体系多采用高频感应加热， 淀积速率与温度之间也存在和硅外延相似的 函数关系。此外，氮化硅薄膜也可以在750 度到850度之间用硅烷和氨在较低压力下 （0.5~1托）进行化学反应来制备。薄膜更 加均匀，而且因为片子可以直立放置，生产 效率也大大提高。
• 与二氧化硅钝化膜比较，其具有如下的一些 优点： 1.与衬底材料相同，不存在二氧化硅-硅系统中 的固定电荷 2.可明显提高器件的稳定性和可靠性，因为 SIPOS膜是一种半导电膜，外表面沾污的离 子和电子在硅表面感生的载流子会漂移进入 SIPOS膜中，中和外表面电荷或在钝化膜内 形成与外部电荷相屏蔽的空间电荷区，而钝 化膜下面的硅表面却不会受到外部电荷的影 响。
2.辉光放电法 它是在低真空（约0.1托）下， 以硅烷与氨、联氨或氮作为反应气体，利用 气体放电时产生的高温，促使气体发生化学 反应而淀积在衬底上。辉光放电的优点是衬 底温度较低（300~400度），利用射频辉光 放电，不需要电极、靶及偏压装置，设备比 较简单。辉光放电法可在合金化后进行，淀 积薄膜作为铝电极的保护膜，能耐机械划伤， 有一定的抗蚀及抗钠离子沾污的能力。
（4）存在负电荷效应，实验表明三氧化二铝 薄膜中的电荷可以具有正电荷效应，也可以 具有负电荷效应，其极性与制备方法及工艺 条件有密切关系。除了射频溅射外，适当控 制工艺条件，一般都可以获得负电荷效应。 将其与二氧化硅适当配合，可以获得平带效 果。相关结构称为MAOS。
二、三氧化二铝钝化膜的制备 目前常见的方法有： 1.化学气相淀积法；
2.溅射法；
3.阳极氧化法。
半导体芯片生产工艺
半导体芯片生产工艺半导体芯片生产工艺是一种非常复杂和精细的过程，涉及到多个步骤和环节。
下面我将简要介绍一下半导体芯片生产的主要工艺流程。
1. 半导体晶圆制备：半导体芯片是通过在硅晶圆上制造微小的电子元件来实现的。
首先，从纯度极高的硅单晶中制备出晶圆，通常使用Czochralski方法。
在这个过程中，将纯净的硅溶液熔化并冷却，形成单晶硅棒，然后将其切割成薄片，即晶圆。
2. 晶圆化学处理：经过切割后的晶圆表面可能存在一些杂质和缺陷，需要经过一系列化学处理步骤来去除这些杂质。
这包括去除氧化物和有机污染物，以保证晶圆表面的纯度。
常用的处理方法包括酸洗、碱洗和溅射处理等。
3. 肖特基势阻撕开初步形成晶体管：肖特基势阻撕开是半导体芯片制造的核心步骤之一。
这一步骤是在晶圆表面制造出MOSEFET晶体管，用于控制电流的通断。
首先，利用光刻技术将光刻胶涂在晶圆表面，并通过曝光和显影来形成晶体管的图案。
然后，使用化学气相沉积（CVD）技术在晶体管上沉积一层绝缘层和栅极材料。
4. 金属线路制造：在晶体管上形成的电子元件需要连接起来，以形成电路。
这一步骤是利用化学气相沉积技术将金属层沉积在晶圆上，形成电路之间的连线。
然后，使用电子束或激光器去除多余的金属，形成所需的线路模式。
5. 固化和封装：在完成金属线路制造后，需要对芯片进行固化和封装，以保护芯片并提供外部引脚。
首先，将芯片放入高温炉中加热，将金属线路的材料烧结在一起，形成一个坚固的结构。
然后，使用薄膜封装技术将芯片封装在塑料或陶瓷外壳中，并连接外部引脚。
6. 测试和包装：最后一步是对芯片进行测试和包装。
芯片会经过一系列的测试来检查其电性能和功能。
一旦通过测试，芯片将被放置在塑料或陶瓷封装中，并进行标签和贴片等最后的包装工作。
以上是半导体芯片生产的主要工艺流程。
这个过程需要非常高的精度和控制，因为任何微小的错误都可能导致芯片的失效。
随着技术的发展，半导体芯片生产工艺不断在改进和创新，以满足不断增长的需求和不断提高的性能要求。
芯片制造中的金属化工艺
芯片制造中的金属化工艺
芯片制造中的金属化工艺是指在芯片制造过程中对芯片表面进行金属涂附和电镀处理的工艺。
金属化工艺主要包括以下几个步骤：
1. 清洗和预处理：在芯片加工之前，需要对芯片表面进行清洗和预处理，以去除表面的杂质和污染物，确保金属能够牢固地附着在芯片表面。
常用的清洗方法包括溶液清洗、超声波清洗等。
2. 金属蒸发或溅射：在清洗之后，通过蒸发或溅射等方法将金属材料沉积在芯片表面。
蒸发是指将金属材料加热至高温，使其蒸发并沉积在芯片表面；而溅射则是将金属材料通过离子轰击等方法使其离开并 deposition 在芯片表面。
3. 形成金属层：在金属材料沉积之后，需要经过化学处理或热处理等步骤，使金属材料能够形成均匀、致密的金属层。
这可以提高金属层的导电性和耐腐蚀性。
4. 图案化：根据芯片的设计，通过光刻和蚀刻等工艺将金属层进行图案化处理，形成电路和元件。
5. 电镀：在图案化之后，还可以进行电镀处理，使金属层更加致密和耐腐蚀。
电镀是指在金属表面通过电解的方式沉积一层金属。
常用的电镀材料包括铜、镍、锡等。
通过金属化工艺，可以在芯片表面形成一层均匀、致密的金属层，用于电路的导线、连接器、电极等部分。
这些金属化结构在芯片的功能和性能方面起着重要作用，同时也能提高芯片的稳定性和可靠性。
半导体芯片制作工艺
半导体芯片制作工艺1. 嘿，你知道半导体芯片是咋做出来的吗？那可就像在微观世界里搭建超级精密的乐高城堡一样！我有个朋友在芯片厂工作，他说就从硅片开始，这硅片啊，就像是盖房子的地基，得超级平整干净才行。
要是这硅片有点瑕疵，就像地基不稳，那后面盖起来的“房子”，也就是芯片，肯定好不了呀。
2. 半导体芯片制作工艺，听着就很高大上对吧？其实也可以想象成做菜呢。
光刻这一步就像是厨师雕花，得非常细致。
我之前参观过一个小的芯片制作演示，那光刻设备就像一个超级精细的雕刻刀，一道光打下去，图案就刻在硅片上了。
要是光刻没做好，就好比厨师把雕花雕坏了，整个菜，哦不，整个芯片就毁了。
你说这能不小心吗？3. 你有没有想过半导体芯片的制作像一场魔法秀？化学气相沉积这一步啊，就像是魔法师在变戏法。
我和一个芯片工程师聊天的时候，他形容那些气体就像魔法原料，在特定的环境下，它们就乖乖地在硅片上形成一层薄膜，就像给硅片穿上了一件特制的衣服。
要是这个魔法出了差错，这芯片穿的“衣服”不合适，性能肯定大打折扣，这可太糟糕了。
4. 半导体芯片制作可不容易呢！离子注入就像是给芯片注入灵魂。
我认识的一个技术员说，那些离子就像一个个小战士，被精准地发射到硅片里，去改变硅片的电学性能。
这就好比是给一个机械人安装最核心的程序一样重要。
要是离子注入的量或者位置不对，那这芯片就像一个没了灵魂的躯壳，根本没法好好工作，哎呀，真让人着急。
5. 制作半导体芯片就像在微观世界里搞一场大型的拼图游戏。
刻蚀这一步就很关键啦。
我在书上看到，刻蚀就像是把不需要的部分从硅片上拿掉，只留下有用的部分，就像在拼图的时候把多余的边角料去掉一样。
我想，如果刻蚀的时候不小心刻多了或者刻少了，就像拼图拼错了一块，那整个芯片的功能就会受到影响，这多让人头疼啊。
6. 半导体芯片制作工艺里的金属化就像是给芯片修高速公路。
我听一个老师傅讲，那些金属导线就像是公路，把芯片里不同的部分连接起来。
半导体制造工艺流程培训
半导体制造工艺流程培训半导体制造工艺流程是一项极其复杂的工艺流程，它需要高度专业的技术人员来进行操作。
在这篇文章中，我们将介绍一下半导体制造工艺流程的一般步骤，以及一些常见的制造技术。
1. 晶圆生长晶圆生长是半导体制造的第一步，它通常使用单晶氧化硅（SiO2）或者多晶硅（Poly-Si）作为基底材料。
在这个步骤中，硅材料会被放入高温炉中，通过化学气相沉积（CVD）或者物理气相沉积（PVD）技术来制备一层晶体结构。
2. 光刻光刻技术是半导体制造中的一个重要步骤，它用于将图案转移到晶圆上。
在这个步骤中，光刻胶会被涂覆在晶圆表面上，然后使用紫外线曝光，再进行显影和腐蚀的处理，最终形成所需的图案。
3. 离子注入离子注入是将掺质注入晶圆中，以改变材料的导电性能。
在这个步骤中，离子束被加速并注入晶圆表面，然后通过热处理来使掺杂物固化。
4. 薄膜沉积薄膜沉积是将一层薄膜材料沉积在晶圆表面上，用于制备金属线路或者屏障层。
这个步骤通常使用化学气相沉积（CVD）或者物理气相沉积（PVD）技术来完成。
5. 金属化金属化是将金属沉积在晶圆表面上，用于制备导线或者焊接垫。
这一步骤通常需要使用光刻和腐蚀等技术来形成所需的图案。
总的来说，半导体制造工艺流程是一项技术密集型的工艺，需要高度专业的技术人员进行操作。
希望通过这篇文章，你对半导体制造工艺流程有了一定的了解。
抱歉，由于篇幅限制，我无法继续为您生成这篇文章。
不过，您可以继续编辑并添加更多相关内容，比如介绍半导体制造的工艺细节、新兴的制造技术、半导体应用等方面的内容。
祝您顺利完成！。
半导体芯片制作流程工艺
半导体芯片制作流程工艺半导体芯片制作可老复杂啦，我给你好好唠唠。
1. 晶圆制造(1) 硅提纯呢，这可是第一步，要把硅从沙子里提炼出来，变成那种超高纯度的硅，就像从一群普通小喽啰里挑出超级精英一样。
这硅的纯度得达到小数点后好多个9呢，只有这样才能满足芯片制造的基本要求。
要是纯度不够，就像盖房子用的砖都是软趴趴的，那房子肯定盖不起来呀。
(2) 拉晶。
把提纯后的硅弄成一个大的单晶硅锭，就像把一堆面粉揉成一个超级大的面团一样。
这个单晶硅锭可是有特殊形状的，是那种长长的圆柱体，这就是芯片的基础材料啦。
(3) 切片。
把这个大的单晶硅锭切成一片一片的，就像切面包片一样。
不过这可比切面包难多啦，每一片都得切得超级薄，而且厚度要非常均匀，这样才能保证后面制造出来的芯片质量好。
2. 光刻(1) 光刻胶涂覆。
先在晶圆表面涂上一层光刻胶，这光刻胶就像给晶圆穿上了一件特殊的衣服。
这件衣服可神奇啦，它能在后面的光刻过程中起到关键作用。
(2) 光刻。
用光刻机把设计好的电路图案投射到光刻胶上。
这光刻机可厉害啦，就像一个超级画家，但是它画的不是普通的画，而是超级精细的电路图案。
这图案的线条非常非常细，细到你都想象不到，就像头发丝的千分之一那么细呢。
(3) 显影。
把经过光刻后的晶圆进行显影，就像把照片洗出来一样。
这样就把我们想要的电路图案留在光刻胶上啦，那些不需要的光刻胶就被去掉了。
3. 蚀刻(1) 蚀刻过程就是把没有光刻胶保护的硅片部分给腐蚀掉。
这就像雕刻一样，把不要的部分去掉，留下我们想要的电路结构。
不过这个过程得非常小心，要是腐蚀多了或者少了，那芯片就报废了。
(2) 去光刻胶。
把之前用来形成图案的光刻胶去掉，这时候晶圆上就留下了我们想要的电路形状啦。
4. 掺杂(1) 离子注入。
通过离子注入的方式把一些特定的杂质原子注入到硅片中，这就像给硅片注入了特殊的能量一样。
这些杂质原子会改变硅片的电学性质，从而形成我们需要的P型或者N型半导体区域。
半导体制造工艺课件(PPT 98页)
消除损伤
退火方式：
炉退火
快速退火：脉冲激光法、扫描电子束、连续波激 光、非相干宽带频光源(如卤光灯、电弧灯、石墨 加热器、红外设备等)
氧化工艺
氧化：制备SiO2层 SiO2的性质及其作用 SiO2是一种十分理想的电绝缘材料，
去掉氮化硅层
P阱离子注入，注硼
推阱
去掉N阱区的氧化层 退火驱入
形成场隔离区
生长一层薄氧化层 淀积一层氮化硅
光刻场隔离区，非隔离区被 光刻胶保护起来
反应离子刻蚀氮化硅 场区离子注入 热生长厚的场氧化层 去掉氮化硅层
形成多晶硅栅
生长栅氧化层 淀积多晶硅 光刻多晶硅栅 刻蚀多晶硅栅
掺杂的均匀性好 温度低：小于600℃ 可以精确控制杂质分布 可以注入各种各样的元素 横向扩展比扩散要小得多。 可以对化合物半导体进行掺杂
离子注入系统的原理示意图
离子注入到无定形靶中的高斯分布情况
退火
退火：也叫热处理，集成电路工艺中所有的 在氮气等不活泼气氛中进行的热处理过程都 可以称为退火
Salicide工艺
淀积多晶硅、刻蚀 并形成侧壁氧化层；
淀积Ti或Co等难熔 金属
RTP并选择腐蚀侧 壁氧化层上的金属；
最后形成Salicide 结构
形成硅化物
淀积氧化层 反应离子刻蚀氧化层，形成侧壁氧化层 淀积难熔金属Ti或Co等 低温退火，形成C-47相的TiSi2或CoSi 去掉氧化层上的没有发生化学反应的Ti或Co 高温退火，形成低阻稳定的TiSi2或CoSi2
氧化层刻蚀掉，并去掉光刻胶 进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层
半导体芯片加工工艺流程
半导体芯片加工工艺流程半导体芯片加工是个超级复杂又超酷的事儿。
它就像一场精心编排的魔术表演，每个步骤都有它独特的魅力。
一、晶圆制备。
晶圆是半导体芯片的基础。
这就像是盖房子要先准备好地基一样重要。
要先从硅的提纯开始，把硅从沙子等原料里提取出来，让它变得超级纯净。
这过程就像给一个调皮的孩子好好地洗个澡，把所有脏东西都去掉，只留下干干净净的硅。
然后把提纯后的硅通过拉晶等方法制成单晶硅锭，再把这个硅锭切割成一片片的晶圆，这些晶圆就像一张张空白的画布，等待着后续的创作。
二、光刻。
光刻这一步简直是芯片加工里的艺术创作。
就好像是用超级精细的画笔在晶圆这个画布上画画。
光刻机会把设计好的电路图案通过光照的方式转移到晶圆表面的光刻胶上。
这光刻胶就像是一层神奇的保护膜，在光照的地方会发生化学变化。
这个过程要求精度极高，一点点的误差就可能让整个芯片报废。
就像是在米粒上刻字，稍微手抖一下就前功尽弃了。
三、蚀刻。
蚀刻就像是把光刻胶上画好的图案雕刻到晶圆上。
把光刻胶上不需要的部分去掉，让下面的晶圆材料暴露出来。
这就像是把雕刻好的模板下面的东西显露出来一样。
这一步也很讲究，要控制好蚀刻的深度和宽度等参数，就像厨师做菜要控制好火候和调料的用量一样，多一点少一点都不行。
四、掺杂。
掺杂就像是给晶圆注入魔法力量。
通过把一些特殊的杂质原子，像磷或者硼等，引入到晶圆的特定区域。
这就改变了晶圆这些区域的电学性质，让它们可以按照我们想要的方式来传导电流。
这过程有点像给一杯平淡的水加点糖或者盐，让它有了不同的味道。
五、薄膜沉积。
薄膜沉积就像是给晶圆穿上一层一层的衣服。
通过化学气相沉积或者物理气相沉积等方法，在晶圆表面形成各种各样的薄膜。
这些薄膜可能是绝缘层、金属层等。
这就像给房子刷墙或者贴瓷砖一样，一层一层的，让晶圆有了更多的功能。
六、金属化。
金属化就像是给芯片内部的电路搭建桥梁。
把各个不同的电路元件用金属导线连接起来，这样电流就可以在芯片内部顺畅地流动。
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多层金属化
层间介质
亚0.25µm CMOS 剖面
金属互连结构
复合金属互连
具有钨塞的通孔互连结构
局部互连（钨） 初始金属接触 在硅中扩散 的有源区
Figure 12.1
• 层间介质（ILD）是绝缘材料，它分离了金属 之间的电连接。ILD一旦被淀积，便被光刻成 图形、刻蚀以便为各金属层之间形成通路。用 金属（通常是钨 W）填充通孔，形成通孔填充 薄膜。在一个芯片上有许多通孔，据估计，一 个300mm2单层芯片上的通孔数达到一千亿个 。在一层ILD中制造通孔的工艺，在芯片上的 每一层都被重复。
金属化对不同金属连接有专门的术语名称。互 连（interconnect）意指由导电材料（铝、多晶硅或 铜）制成的连线将信号传输到芯片的不同部分。互 连也被用做芯片上器件和整个封装之间普通的金属 连接。接触（contact）意指硅芯片内的器件与第一 层金属之间在硅表面的连接。通孔（via）是穿过 各种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层之间 形成电通路的开口。“填充薄膜”是指用金属薄膜 填充通孔，以便在两金属层之间形成电连接。
半导体制造技术
第十三章
金属化
概述
金属化是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜上 淀积金属薄膜，通过光刻形成互连金属线和集成 电路的孔填充塞的过程。金属线被夹在两个绝缘 介质层中间形成电整体。高性能的微处理器用金 属线在一个芯片上连接几千万个器件，随着互连 复查性的相应增加，预计将来每个芯片上晶体管 的密度将达到10亿个。
1. 导电率: 要求高导电率，能够传道高电流密度。 2. 黏附性：能够黏附下层衬底，容易与外电路实现电连接 3. 淀积：易于淀积经相对低温处理后具有均匀的结构和组分 4. 刻印图形/平坦化：提供高分辨率的光刻图形 5. 可靠性：经受温度循环变化，相对柔软且有好的延展性 6. 抗腐蚀性：很好的抗腐蚀性，层与层以及下层器件区有最
电阻率 (-cm)
109
500 – 525 2.65 1.678 8 60
13 – 16 5 10
Table 12.1
在硅片制造业中 各种金属和金属合金可组成下列种类
•铝 • 铝铜合金 •铜 • 阻挡层金属 • 硅化物 • 金属填充塞
金属铝
在半导体制造业中，最早的互连金属是铝， 目前在VLSI以下的工艺中仍然是最普通的互连金 属。在21世纪制造高性能IC工艺中，铜互连金属 有望取代铝。然而，由于基本工艺中铝互连金属 的普遍性， 所以选择铝金属化的背景是有益的。
铝在20℃时具有2.65µΩ-cm的低电阻率，比铜 、金及银的电阻率稍高。然而铜和银都比较容易 腐蚀，在硅和二氧化硅中有高的扩散率，这些都 阻止它们被用于半导体制造。另一方面，铝能够 很容易和二氧化硅反应，加热形成氧化铝（ AL2O3 ） ， 这 促 进 了 氧 化 硅 和 铝 之 间 的 附 着 。 还 有铝容易淀积在硅片上。基于这些原因。铝仍然 作为首先的金属应用于金属化。
氧化硅通孔2刻蚀 钨淀积 + CMP
金属2淀积 + 刻蚀
覆盖 ILD 层和 CMP
氮化硅刻蚀终止层 (光刻和刻蚀)
第二层 ILD 淀积和穿过 两层氧化硅刻蚀
Figure 12.2
铜填充 铜CMP
铜金属化
Photo 12.1
金属类型
以提高性能为目的，用于芯片互连的金属和金属 合金的类型正在发展，对一种成功的金属材料的 要求是：
Figure 12.3
欧姆接触
为了在金属和硅之间形成接触，可通过 加热完成。通常在惰性气体或还原的氢气环 境中，在400～500℃进行，此过程也被称为 低温退火或烧结。在硅上加热烘烤铝形成期 望的电接触界面，被称为欧姆接触（有很低 的电阻）。接触电阻与接触面积成反比，在 现代芯片设计中，欧姆接触用特殊的难熔金 属（以硅化物形式出现的钛），在硅表面作 为接触以减小电阻、增强附着（见下图）。
性能要求并给出每种金属的应用； 3. 解释在芯片制造过程中使用金属化的优点，描述
应用铜的挑战； 4. 叙述溅射的优点和缺点； 5. 描述溅射的物理过程，讨论不同的溅射工具及其
应用； 6. 描述金属CVD的优点和应用； 7. 解释铜电镀的基础； 8. 描述双大马士革法的工艺流程。
引言
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片 上淀积导电金属膜的过程。这一过程与介质的淀积 紧密相关，金属线在IC电路中传输信号，介质层则 保证信号不受邻近金属线的影响。
由于ULSI组件密度的增加，互连电阻和寄生电 容也会随之增加，从而降低了信号的传播速度。
减小互连电阻可通过用铜取代铝作为基本的 导电金属而实现。对于亚微米的线宽，需要低K值 层间介质（ILD）。通过降 解释金属化； 2. 列出并描述在芯片制造中的6种金属，讨论它们的
铝互连
Via-4
Top Nitride
ILD-6
Metal-4 ILD-5
Metal-3 ILD-4
Bonding pad Metal-5 (Aluminum)
Metal-4 is preceded by other vias, interlayer dielectric, and metal layers.
• 金属化正处在一个过渡时期，随着铜冶金术的 介入正经历着快速变化以取代铝合金。这种变
化源于刻蚀铜很困难，为了克服这个问题，铜 冶金术应用双大马士革法处理，以形成通孔和
铜互连。这种金属化过程与传统金属化过程相 反（见下图）。
传统和大马士革金属化比较
传统互连流程
双大马士革流程
覆盖 ILD 层和 CMP
在某些特殊的芯片上有上亿个接触点 ，为了获得良好的电性能，一个可靠的具有 低电阻和牢固附着的界面是非常重要的。
欧姆接触结构
小的化学反应。 7. 应力：很好的抗机械应力特性，以便减少硅片的扭曲和材
料的失效。
硅和硅片制造业中所选择的金属 (at 20°C)
材料
硅 (Si) 掺杂的多晶硅
铝 (Al) 铜 (Cu) 钨 (W) 钛 (Ti) 钽 (Ta) 钼(Mo) 铂 (Pt)
熔点(C)
1412 1412 660 1083 3417 1670 2996 2620 1772