芯片微纳制造技术.ppt

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1、微电子制造原理与技术第二部分芯片制造原理与技术李明材料科学与工程学院芯片发展历程与莫尔定律晶体管结构与作用芯片微纳制造技术主要内容薄膜技术光刻技术互连技术氧化与掺杂技术IC中的薄膜OxideNitrideUSGWP-waferN-wellP-wellBPSGp+p+n+n+USGWMetal2,Al•CuP-epiMetal1,Al•CuAl•CuSTI浅槽隔离金属前介质层or层间介质层1IMDorILD2抗反射层PD1钝化层2SidewallspacerWCVDTiNCVD1.薄膜技术外延Si介质膜：场氧化、栅氧化膜、USG、

2、BPSG、PSG、层间介质膜、钝化膜、highk、lowk、浅槽隔离……金属膜：Al、Ti、Cu、Wu、Ta……多晶硅金属硅化物IC中的薄膜1.薄膜技术作为MOS器件的绝缘栅介质氧化膜的应用例1.薄膜技术SiDopantSiO2SiO2作为选择性掺杂的掩蔽膜SiliconnitrideSiliconSubstrateSiOxide作为缓应力冲层作为牺牲氧化层，消除硅表面缺陷1.薄膜技术氧化膜的应用例半导体应用典型的氧化物厚度（Å）栅氧（0.18m工艺）20～60电容器的电介质5～100掺杂掩蔽的氧化物400～1200依赖于掺杂

3、剂、注入能量、时间、温度STI隔离氧化物150LOCOS垫氧200～500场氧2500～15000STI—潜槽隔离，LOCOS—晶体管之间的电隔离，局部氧化垫氧—为氮化硅提供应力减小氧化膜的应用例1.薄膜技术薄膜材料及性能的要求厚度均匀性台阶覆盖能力填充高的深宽比间隙的能力高纯度和高密度化学剂量结构完整性和低应力好的电学特性对衬底材料或下层膜好的粘附性1.薄膜技术各种成膜技术及材料热氧化法蒸发法LP-CVD热CVD法CVD法PVD法SiO2膜等离子CVD溅射法AP-CVDP-CVDHDP-CVDW膜、高温氧化膜多结晶Si膜、Si

4、3N4膜有机膜、SiO2膜非晶态Si膜SiO2膜、氮化膜、有机膜SiO2氧化膜氧化膜、金属膜等Al膜、Cu膜、Ti膜、TiN膜、W膜CVD：ChemicalVaporDepositionAP-CVD：AtmosphericPressureCVDPVD：PhysicalVaporDepositionP-CVD：PlasmaCVDLP-CVD：LowPressureCVDHDP-CVD：HighDensityPlasmaCVD电沉积Cu膜、Ni膜、Au膜等1.薄膜技术物理气相沉积PVD——蒸发法早期金属层全由蒸发法制备现已逐渐被溅射

5、法取代无化学反应peq.vap.=~10-3Torr,台阶覆盖能力差合金金属成分难以控制扩散泵、冷泵P<1mTorr可有4个坩锅，装入24片圆片1.薄膜技术1852年第1次发现溅射现象溅射的台阶覆盖比蒸发好辐射缺陷远少于电子束蒸发制作复合膜和合金时性能更好是目前金属膜沉积的主要方法物理气相沉积PVD——溅射法1.薄膜技术高能粒子（Ar离子）撞击具有高纯度的靶材料固体平板，撞击出原子。这些原子再穿过真空，淀积在硅片上凝聚形成薄膜。阴极靶材优点：具有保持复杂合金原组分的能力能够沉积难熔金属；能够在大尺寸硅片上形成均匀薄膜；可多腔集成

6、，有清除表面与氧化层能力；有良好台阶覆盖和间隙填充能力。1.薄膜技术物理气相沉积PVD——溅射法化学气相沉积CVD通过化学气相反应形成薄膜的一种方法1.薄膜技术1.薄膜技术例：外延硅、多晶硅、非晶硅化学气相沉积CVDTiN化学气相沉积CVD1.薄膜技术Ti硅膜外延硅、多晶硅、非晶硅介质膜氧化硅氮化硅氮氧化硅磷硅玻璃PSG、BPSG金属膜W、Cu、Ti、TiN化学气相沉积CVD1.薄膜技术适用范围广泛（绝缘膜、半导体膜等），是外延生长的基础CVD制备的薄膜及采用的前驱体1.薄膜技术化学气相沉积CVD最早的CVD工艺、反应器设计简单

7、APCVD发生在质量输运限制区域允许高的淀积速度,1000A／min，一般用于厚膜沉积APCVD的主要缺点是颗粒的形成化学气相沉积——AP-CVD1.薄膜技术AP-CVD：常压化学气相沉积（AtmosphericPressureCVD）产量高、均匀性好，可用于大尺寸硅片主要用于沉积SiO2和掺杂的SiO2气体消耗高，需要经常清洁反应腔沉积膜通常台阶覆盖能力差。CanonAPT4800APCVDtools化学气相沉积——AP-CVD1.薄膜技术连续加工的APCVD系统化学气相沉积——AP-CVD1.薄膜技术化学气相沉积——LP-C

8、VDLP-CVD：低压化学气相沉积（LowPressureCVD）1.薄膜技术SiO2：做层间介质、浅槽隔离的填充物和侧墙氮化硅：做钝化保护层或掩膜材料多晶硅：做栅电极或电阻氧化氮化硅：兼有氧化硅和氮化硅的优点，改善了热稳定性、抗断裂能力、降低膜应力1.薄膜技术