MEMS制造技术-1(半导体工艺).ppt

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1、第三章MEMS制造技术——半导体制造技术主要内容掺杂技术、退火技术表面薄膜制造技术光刻技术金属化技术刻蚀技术净化与清洗接触与互连键合、装配和封装集成电路制造过程一、掺杂与退火掺杂定义：就是用人为的方法，将所需的杂质（如磷、硼等），以一定的方式掺入到半导体基片规定的区域内，并达到规定的数量和符合要求的分布，以达到改变材料电学性质、制作PN结、集成电路的电阻器、互联线的目的。掺杂的主要形式：注入和扩散退火：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。目的：激活杂质消除损伤结构释放后消除残余应力退火方式：炉退火快速退火1.扩

2、散工艺定义：在一定温度下杂质原子具有一定能量，能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。形式：替代式扩散和间隙式扩散恒定表面浓度扩散和再分布扩散替位式扩散：杂质离子占据硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的温度(950～1280℃)下进行磷、硼、砷等在二氧化硅层中的扩散系数均远小于在硅中的扩散系数，可以利用氧化层作为杂质扩散的掩蔽层间隙式扩散：杂质离子位于晶格间隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素扩散系数要比替位式扩散大6～7个数量级扩散工艺主要参数结深：当用与衬底导电类型相反的杂质进行扩散时，在硅片内扩散杂质浓度与衬底原有杂质浓度相等的地方就形成了p

3、n结，结距扩散表面的距离叫结深。薄层电阻Rs（方块电阻）表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。扩散的适用数学模型是Fick定律式中：F为掺入量D为扩散率N每单位体积中掺入浓度扩散方式液态源扩散：利用保护气体携带杂质蒸汽进入反应室，在高温下分解并与硅表面发生反应，产生杂质原子，杂质原子向硅内部扩散。固态源扩散：固态源在高温下汽化、活化后与硅表面反应，杂质分子进入硅表面并向内部扩散。液态源扩散扩散源：硼酸三甲酯，硼酸三丙酯等扩散原理：硼酸三甲酯500C分解后与硅反应，在硅片表面形成硼硅玻璃，硼原子继续向内部扩散，形成扩散层。硼B扩散系统：N2气源、纯化、扩散源、扩散

4、炉扩散工艺：预沉积，去BSG，再分布工艺条件对扩散结果的影响气体流量、杂质源、温度液态源扩散扩散源：POCl3，PCl3，PBr3等扩散原理：三氯氧磷600C分解后与硅反应，在硅片表面形成磷硅玻璃，磷原子继续向内部扩散，形成扩散层。扩散系统：O2和N2气源、纯化、扩散源、源冷却系统、扩散炉扩散工艺：预沉积，去PSG，再分布磷P固态源扩散箱法B扩散B2O3或BN源，石英密封箱片状BN扩散氧气活化，氮气保护，石英管和石英舟，预沉积和再分布片状P扩散扩散源为偏磷酸铝和焦磷酸硅固-固扩散（乳胶源扩散）扩散炉质量分析1．硅片表面不良：表面合金点；表面黑点或白雾；表面

5、凸起物；表面氧化层颜色不一致；硅片表面滑移线或硅片弯曲；硅片表面划伤，边缘缺损，或硅片开裂等2．漏电电流大：表面沾污引起的表面漏电；氧化层的缺陷破坏了氧化层在杂质扩散时的掩蔽作用和氧化层在电路中的绝缘作用而导电；硅片的缺陷引起杂质扩散时产生管道击穿。3．薄层电阻偏差工艺控制污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子污染来源：操作者,清洗过程,高温处理,工具参量控制：温度，时间，气体流量(影响最大?)1.温度控制：源温、硅片温度、升温降温、测温2.时间：进舟出舟自动化,试片3.气体流量：流量稳定，可重复性2.离子注入定义：将掺杂剂通过离子注入机的离化、加速和质量分

6、析，成为一束由所需杂质离子组成的高能离子流而投射入晶片（俗称靶）内部，并通过逐点扫描完成整块晶片的注入掺杂深度由注入杂质离子的能量和质量决定掺杂浓度由注入杂质离子的数目(剂量)决定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的优点：离子注入特点：横向效应小，但结深浅；杂质量可控；晶格缺陷多基本原理：杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面，形成注入层装置：离子源、聚焦、分析器、加速管、扫描、偏转、靶室、真空系统离子注入系统的原理示意图离子注入的步骤注入的离子在

7、基底中的分布根据Ruska(1987)，注入离子的浓度N（X）可遵循下面方程式RP为注入的范围，umΔRP为分散度或者“离散度”Q是离子束的剂量（原子数/cm2）硅中常用掺杂剂的离子注入离子范围Rp，nm分散Rp，nm在30keV能级硼（B）106.539.0磷(P)42.019.5砷(As)23.39.0在100keV能级硼（B）307．069．0磷(P)135．053．5砷(As)67．826．13、退火定义：一般是利用各种能量形式所产生的热效应，来消除半导体片在其加工过程中所引起的各种晶格缺陷和内应力，或根据需要使表面材料产生相变和改变表面形态。定义

8、：将注入离子的硅片在一定温度和真空或氮、氩等高纯气体