扬州大学物理学院半导体工艺

1、ILD:层间介质：充当了各层金属间以及第一层金属与硅之间的介质材料。

层间介质上有很多小的通孔，这些层间介质上的细小开口为相邻的金属层之间提供了电学通道。

2、Damascene:大马士革工艺：工艺首先要求淀积一层介质薄膜，接下来是化学机械抛光、刻印、刻蚀和钨金属淀积，最后以金属层抛光结束。

这种工艺称为大马士革。

这种工艺的最后结果是在硅片表面得到一种类似精制的镶嵌首饰或艺术品的图案。

3、Polish:抛光：通过使硅片凸出的部分减薄到凹陷部分的厚度，以
实现硅片表面平坦化。

CMP是目前先进的抛光方法。

4、anneal:退火：加高温使晶格重新生长消除缺陷，原理：温度升高，硅原子剧烈运动，撤去热源，硅原子重新按能量最低原理排列。

退火作用：推进，激活杂质，修复损伤。

5、Diffusion：扩散：扩散是由粒子浓度较高的地方向着浓度较低的地方进行，从而使得粒子的分布逐渐趋于均匀；浓度的差别越大，扩散越快；温度越高，扩散也越快。

扩散需要三个步骤：预淀积，推进和激活。

6、dry oxidation:干法氧化：1、如果生长发生有干氧，化学反应方程式：Si＋O2 SiO2 氧化速度慢，氧化层干燥、致密，均匀性、重复性好，与光刻胶
的粘附性好
7、atmospheric pressure：APCVD常压化学气相淀积：二、APCVD工艺
化学反应在常压下进行，APCVD常用于淀积二氧化硅，特别
是掺杂的SiO2 ，如磷硅玻璃（PSG）。

APCVD特点：
(1)、Si片水平放置，产量低，易被管壁掉渣污染，需冷壁加热；
(2)、常用温度700~ 900 ℃，沉淀速率由质量转移和反应速度决定
(3)、均匀性较差，易产生雾状颗粒、粉末等。

为提高均匀性，须
提高稀释气体流量，同时降低淀积温度。

目前普遍采用LTCVD
（常压下低温化学气相淀积）SiO2 和掺杂SiO2 膜。

8、Epitaxial layer：外延层：外延是在单晶衬底上淀积一层薄的单晶层。

外延层晶体结构与衬底一致，导电类型、掺杂浓度和厚度可根据需要而定，外延层还可以减少CMOS器件中的闩锁效应。

9、Magnetron sputtering：磁控溅射：磁控溅射是在靶的周围和后面装置了磁体以俘获并限制电子于靶的前面。

这种设置增加了离子在靶上的轰击率，产生二次电子，进而增加等
离子体中电离的速率。

最后的结果是，更多的离子对靶更多的溅射，因此增加了系统的淀积速率。

10、Active region:有源区：双阱工艺用以定义nMOS 和pMOS的有源区。

采用倒掺杂技术形成双阱，阱注入决定了阈值电
压，同时避免了闩锁效应
淀积
等离子体辅助CVD：等离子体增强CVD（ PECVD ）
高密度等离子体CVD（ HDPCVD ）
等离子体辅助CVD的优点：
工艺温度低（250℃—450℃）
高的深宽比填隙能力（HDPCVD）
淀积膜粘附性好
淀积速率高
膜针孔和空洞少
工艺温度低，应用广
PECVD的优点：淀积温度低，冷壁等离子体反应，产生颗粒少，需要少的清洗空间等等离子体辅助CVD的优点。

缺点：填隙能力不足（HDPCVD具有更好的填隙能力，因而在0.25um及以后技术节点取代PECVD）。

HDPCVD：等离子体在低压下以高密度混合气体的形式直接接触衬底表面反应成膜HDPCVD的优点：
(1)反应温度低
(2)薄膜填充高深宽比间隙能力强
HDPCVD使用同步淀积和刻蚀，这是介质填充高深宽比间隙且无空洞的基础；典型
的淀积刻蚀速率比是3：1，该比值高，淀积速度快，但填隙能力变差。

膜的形成：
1.在真空腔中施加射频功率使气体分子分解，就会形成等离子体增强CVD并淀积形成膜。

2.射频的功率：1
3.56MHZ、2.45MHZ（微波功率）
3.淀积薄膜取决于电极的构造和分离、射频功率的水平和频率、气体组成、压强和流动速率以及衬底的温度
4.等离子体发光放电现象称辉光放电
等离子体增强ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）：
１. 等离子增强ＣＶＤ过程使用等离子体能量来产生并维持ＣＶＤ反应；反应温度远低于ＬＰＣＶＤ的反应温度。

ＰＥＣＶＤ一般在真空呛中进行。

２. ＰＥＣＶＤ是典型的冷壁等离子体反应，产生的颗粒更少，需要少的停工清洗时间。

淀积腔通常用原位清洗来减少颗粒。

利用平行版装置进行ＰＥＣＶＤ，在气相形成的颗粒有可能落在硅片表面。

光刻
光刻工艺的８个步骤：
气相成底膜：
硅片清洗：气相成底膜处理：包括清洁、烘干、气相成底膜，增强硅片和光刻胶之间的粘附性。

硅片沾污造成硅片与光刻胶粘附性差，使光刻胶不平坦有针孔以及在显影和刻蚀时发生光刻胶漂移和底层薄膜的钻蚀。

硅片的清洗包括施法清洗和去等离子水冲洗。

脱水烘焙：
硅片成底模：用六甲基二硅胺烷（HMDS)成底膜，它作为硅片和光刻胶的连接剂旋转涂胶
软烘
对准和曝光
曝光后烘焙
显影
坚膜烘焙
显影检查
工艺小结：在带有抽气密封腔内去湿烘干
六甲基二硅胺烷（ＨＤＭＳ）
清洗并干燥硅片表面
湿度为２００到２５０︒Ｃ
时间为６０Ｓ
刻蚀
刻蚀工艺分为：湿法刻蚀和干法刻蚀
湿法腐蚀：采用化学溶液，借助化学反应腐蚀硅片中无光刻胶覆盖的部分，要求光刻胶有较强的抗蚀能力。

湿法腐蚀具有各向同性，造成侧向腐蚀。

限制了器件尺寸向微细化发展，用于特征尺寸较大的刻蚀。

干法刻蚀包括：反应离子刻蚀，等离子刻蚀和离子溅射刻蚀等。

除等离子体腐蚀是各向同性，其他均具有各向异性刻蚀的特点
干法刻蚀：干法腐蚀是指用腐蚀剂的气态分子与被腐蚀的衬底反应实现刻蚀。

物理刻蚀方法：离子溅射刻蚀、离子束溅射刻蚀
化学刻蚀方法：等离子腐蚀
物理和化学结合的刻蚀方法：反应离子刻蚀，反应离子束刻蚀
等离子体腐蚀是各向同性，其余具有各向异性刻蚀的特点
干法刻蚀的特点：
1)除等离子体腐蚀是各向同性外，其它干法刻蚀都具有各向异性的特点；
2)好的CD控制；
3)均匀性好
4)最小的光刻胶脱落和粘附
5)干法刻蚀无需酸碱溶液，减小了环境污染，降低了成本；
6)加工清洁度高，有利于提高器件的成品率；
7)设备比较复杂。

物理刻蚀：
优点：各向异性刻蚀；刻蚀速率高
缺点：选择性差，被溅射的物质会重
化学刻蚀：缺点：各向同性刻蚀，线宽控制差
物理和化学作用相结合的刻蚀：调节等离子体条件和气体组分从各向同性到各向异性刻蚀转换，实现较好的线宽控制和选择比。

离子注入
扫描系统：注入机的目标是在成分和能量方面形成纯净的离子束。

注入目标硅片。

分类：静电扫描：静电扫描是在一套X---Y电极上加特定电压，使离子束发生偏转，注入到固定的硅片上。

当一边电极被设为负压时，正离子束就会向此电极方向偏转。

把两组电极放于合适的位置，并连续调整电压，偏转的离子束就能扫描整个硅片。

在扫描过程中，可以旋
转硅片，并使相对离子束有一定倾斜，以获得所需的结特性并减小沟道效应。

静电扫描每秒在横向15000次，在纵向1200次
优点：硅片是固定的，颗粒玷污发生的机会大大降低。

电子和中性离子不会发生偏转，能够从束流中消除
缺点：离子束不能垂直轰击硅片，会导致光刻材料的阴影效应，阻碍离子束注入。

机械扫描：机械扫描中，离子束固定，硅片机械移动。

此方法一般用于大电流注入机，因为静电很难使大电流高能离子束偏移。

多个硅片固定在一个大轮盘的外沿，以1000到1500RPM的速度旋转，同时上下移动，使离子束能够扫过硅片的内沿和外沿。

轮盘也能相对于离子束方向倾斜一定角度，防止穿过晶格间隙的沟道效应。

优点：机械扫描每次注入一大批硅片，在很大面积上有效的平均了离子束能量，减弱了硅片由于吸收离子能量而加热
缺点：机械装置可能产生较多的颗粒。

混合扫描
平行扫描
硅片的冷却：离子束轰击硅片的能量转化成热，导致硅片温度升高。

硅片冷却系统用来控制温度，防止出现由加热引起的问题（光刻胶脱落、改变电学性能）。

技术手段：气冷、橡胶冷却
硅片充电：在注入过程中，离子束撞击硅片导致正离子在掩蔽层上的积累，即硅片充电。

在硅片上形成大量的电荷，特别是大电流注入机更加严重。

形成的电荷会改变离子束中的电荷平衡，使束斑增大，剂量分布不均匀；同时还会损害表面氧化层，导致器件稳定性出现问题。

解决办法：1.传统是二次电子喷淋，即向硅片表面喷发低能电子。

2. 现在通常把硅片和离子束置于一种被称为等离子电子喷淋系统的高密度等离子体环境中，能够控制硅片充电。