《混合微电路技术》PPT课件

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1、第三章薄膜工艺3.1淀积工艺3.2薄膜电阻器工艺3.3光刻材料和工艺3.4腐蚀材料和工艺3.5薄膜微桥跨接电路§3.1淀积工艺在制造薄膜微电路时，基片材料选定后，下一步便是在基片上淀积金属或金属化合物，这些金属材料将提供导体和电阻器的图形和功能。一般情况，在基片上顺序地淀积一层电阻材料，一层阻挡层金属材料和一层顶层导体材料。这些层相当薄（20-2000nm），可用真空蒸发、溅射淀积和化学气相淀积和这些工艺的变种来实现。导语§3.1淀积工艺薄膜淀积工艺是IC制造中的重要组成部分：在硅表面以上的器件结构层绝大部分是由淀积工艺形成的。金属层间绝缘介质多晶-金属绝缘介质场氧化层N阱

2、源极栅氧化层P型衬底漏极接触孔通孔多晶硅栅第1层金属第2层金属※3.1.1蒸发淀积蒸发淀积包括在相当高的真空中加热一种材料，以至于它的蒸发压力超过周围环境的压力，使它能很快的蒸发。被涂覆的基片放在真空室中源材料的邻近，如图3.1所示。当蒸气接触到基片上较冷的表面时，通过晶核形成的机理使蒸气浓缩，且在基片上各颗粒边界处成长出膜层。图3.1真空蒸发台示意图※3.1.1蒸发淀积蒸发工艺是最早出现的金属淀积工艺。真空度一般要求高于10-5Torr。图3.2JS-1600直流溅射仪※3.1.2直流（DC）溅射溅射是一种电物理过程，靶（作为阴极）被高能正离子轰击，转变能量，进行能量传递

3、，将靶材的粒子弹出。这种溅射的粒子在阳极或接地的支架夹持着的基片上淀积成薄膜。如图3.2所示为2JS-1600直流溅射仪。直流溅射作为一种最简单的溅射，其装置由一个二极管或平行板系统构成，如图3.3所示，被溅射的材料是附在阴极板上的，而待涂覆的基片放在对面为阳极或接地的平板上。※3.1.2直流（DC）溅射图3.3直流溅射装置■真空中充入的氩气在电场下产生气体放电（等离子体）■高能Ar+轰击靶材（阴极），使其表面原子剥离并淀积到对面阳极（硅片）表面阴极（靶）氩等离子体硅片阳极真空腔室※3.1.3射频溅射图3.4RF溅射装置示意图氩气入口到真空泵RF发生器真空室匹配网络接地护罩

4、金属衬背介质靶基片射频溅射比直流溅射有更多的功能。除了金属和合金以外，它可用于在相当低的温度和压力下淀积几乎任何介质材料，包括氧化硅、氮化硅、玻璃、氧化铝、难溶氧化物和一些塑料如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯。如图所示，射频溅射装置除了增加13.56MHz和1-2kW功率的RF发生器和冷却靶的设施以外，RF溅射所用装置实质上与DC溅射是相同的。※3.1.4反应溅射反应溅射是溅射的另一个变种。这里，反应气体随着惰性气体氩被引入形成等离子。因为反应气体是活泼的，与从靶处被溅射出来的原子进行化学结合，组成一种新的化合物。所以，反应溅射是一种组合的物理、电气和化学反应过程。氮化钽的反应

5、溅射是淀积薄膜电阻最常用的两种工艺之一。※3.1.5蒸发和溅射工艺的比较薄膜溅射明显地优于蒸发淀积，其优点如下：溅射膜对基片有更强的附着力。溅射膜更致密、更均匀。溅射工艺更为通用。导体（金属、合金）或非导体（介质、绝缘体）膜都可以淀积。溅射工艺也可以逆向模式使用，用于清洁基片表面或刻蚀细线。淀积的速率、膜的厚度和膜的均匀性能更好地控制。§3.2薄膜电阻器工艺在选择薄膜电阻器时，几个重要的问题需要考虑：在实际的厚度范围，具有可控制的及能重复得到的面电阻率低的TCR紧密的阻值跟踪长期的稳定性（在加电或热老化时有低的漂移）※薄膜电阻器薄膜电阻器可分类成纯金属、金属合金、金属化合物

6、或金属陶瓷（陶瓷和金属的组合）※3.2.1镍铬工艺不管用的时镍铬、氮化钽或时金属陶瓷电阻器，其工艺步骤时十分相似的。如右图所示为薄膜导体/电阻网络淀积光刻的工艺流程。薄膜电阻所用的镍铬时镍和铬的合金。可以使用这两种金属的各种配比来获得不同的面电阻数值。※3.2.2镍铬电阻器的特性镍铬电阻器的特性如下表，薄膜电阻器的特性高度地取决于在其上进行淀积的基片的表面特性，基片表面越光滑，电阻值越稳定。然而，许多其他的因素对电阻稳定性性也有贡献，其中主要有退火、稳定性烘烤和调阻条件。面电阻率25~300Ω/□，100~200Ω/□（典型值）面电阻率公差标称值的10%TCR（0±50）p

7、pm/℃,(0±25)ppm/℃（专门退火）TCR跟踪*2ppm电阻漂移<2000ppm，在150℃下1000h后<1000ppm，用专门方法退火<200ppm，350℃退火的溅射膜比值跟踪5ppm在退火后和激光调阻后的阻值公差±0.1%噪音（100Hz~1MHz）-35dB（最大）※3.2.3镍铬电阻器的特性较高的温度、较长的退火时间，提供更为稳定的电阻器、低的TCR和更紧密的电阻跟踪。如下表所示镍铬电阻器面电阻率退货条件（空气中）老化后阻值改变（ppm）淀积方法淀积时（Ω/□）温度（℃）时间（min）50h，N