半导体工艺原理复习资料剖析

1、第一章晶体生长技术（直拉法（CZ）、区熔法（FZ ）。半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。N型半导体（电子型半导体），自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入 五价元素（如磷），自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由 杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。P型半导体（空穴型半导体）即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入 三价元素（如硼）。空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子 提供，自

2、由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。难生长大直径硅晶棒。低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用。CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。影响因素：拉伸速率、旋转速率。硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量制备流程：整形处理，去掉两端，径向研磨。 硅片制作流程：磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HN03+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污）晶体缺陷：点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenk

3、el缺陷）；位错；层错。杂质的作用：调节硅原子的能级，由于晶体结构的原因， 固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，导带，禁带，价带。如果所有的自由电子都在价带上就是绝缘体；如果所有的自由电子都在导带上就是导体。半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导 电的性质，所以称为半导体。施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的；受主能级 要么距离价带很近（如硼），是接受电子的。第二章N型硅：掺入V族元素-磷P、砷As、锑SbP型硅：掺入III族元素一镓 Ga、硼B掺杂：改变材料电学性质、制作PN结

4、、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：（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。目的：1.激活杂质2消除损伤3结构释放后消除残余应力退火方式：1.炉退火2.快速退火缺点：清除缺陷不完全，注入杂质激活不高，退火温度高、时间长，导致杂质再分布。快速退火优点：先熔化、再结晶、时间快，杂质束不及扩散扩散：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F= DdNF为掺入量D 为扩散率 N每单位体积中掺入浓度dx扩散方式：气态源扩散、液态源扩散、固态源扩散扩散

5、源扩散系统扩散工艺影响因素硼B硼酸三甲酯， 硼酸二丙酯N2气源、纯化、扩散源、扩散 炉预沉积，去BSG, 再分布气体流量、杂质 源、温度磷PP0CI3, PCI3,PBr3O2和N2气源、纯化、扩散源、 源冷却系统、扩散炉预沉积，去PSG, 再分布扩散工艺主要参数:1.结深：结距扩散表面的距离叫结深。2.薄层电阻3表面浓度：扩散层表面的杂质浓度。浓度：N（x,t） =NoefcX2（Dt）12（余误差）费克第一定律：J（x,t） r-DNXt）（扩散粒子流密度，d粒子的扩散系数）-X_ _2杂质扩散方程（费克第二定律）:N（x,t）二dctex费克定律的分析解：1.恒定表面浓度扩散，在整个过程

6、中杂质不断进入硅中，而表面杂质浓度Ns始终保持不变。余误差：N（x,t）二N°efcx2（Dt） 结深：Xj誥廐）r12=AVDt： 简单理论的修正：二维扩散（横向扩散）实际扩散区域大于由掩膜版决定的尺寸，此效应将直接影响到 VLSI的集成度表面浓度的大小一般由扩散形式、扩散杂质源、扩散温度和时间所决定。Dt特征扩散长度固态源扩散：1.箱法B扩散（B2O3或BN源，石英密封箱）2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）3片状P扩散（扩散源为偏磷酸铝和焦磷酸硅）4固-固扩散（乳胶源扩散）测结深：滚槽法、磨角法、断面 SEM法测薄层电阻：四探针法、范德堡法杂质

7、浓度分布的测量：电容法、扩展电阻法、剥层法、扫描电容显微法硅片扩散工艺质量检测情况险测顶目检测设备检测内容I表面衆光灯麺做陥、玷污全检RsATPP四探针测试仪各次护散后试片的R爲CVD 先行试醞试片的Rs±5緬内film测试显徽證F理层*隔蛊再扩散基復再扩教结牖IK/10K+ o,Zmi击穿电压團示仪噩隔离再扩散宕岛与 岛之间的击穿电压1片3点詆特性国示仪炭射忆再扩散和含全后甌： npn、pup晶煌昔曲血、 BVcbo. BVebo. BVceo. 含金肓测謹压二概管的Vb1片姑顼±1哪内电阻图示仪含金后测电阴值1片3点:批土 10緻内污染控制：颗粒、有机物、薄膜、金属离子

8、 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，气体流量离子注入：将掺杂剂通过离子注入机的离化、加速和质量分析，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）决定与热扩散工艺相比有如下优点：（I）可在较低的温度（低于 750 C）下，将各种杂质掺入到不同半导体中，避免了由于高 温处理而产生的不利影响。（n）可精确控制能量和剂量， 从而精确控制掺入基片内杂质的浓度、分布和注入深度。对浅结器件的研制更为有利。（川）所掺杂质是通过质量分析器单一地分选出来

9、后注入到半导体基片中去的，可避免混入其他杂质。（W）掺杂均匀性好，电阻率均匀性可达1%。（V）纯度高，不受所用化学品纯度影响。（w）有可能发展成为无掩模掺杂技术特点：横向效应小，但结深浅；杂质量可控；晶格缺陷多离子束用途：掺杂，曝光，刻蚀，镀膜，退火，净化，打孔，切割，改性离子源分类：等离子体型（有掩膜）；液态金属（高亮度，小束斑）等离子体：电导率很高的流体电离方式：热，光，电场加速基本原理：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，形成注入层对液态金属要求：Ga In Au Sn1.不与容器钨针反应扩散、注入对比2. 均匀，充分，浸润3. 低熔点，低气压 扩散注入工艺温度：高温常

10、温浓度和分布控制:较精确精确横向扩散：大小晶格损伤：小大工艺自由度：低高工艺成本：低高钨针的作用：形成电压离子束加工方式：1.掩膜（投影）2.聚焦方式（扫描、聚焦离子束） 聚焦方式的优点：不用掩膜、图形灵活缺点：效率低离子注入步骤：射東 控制器离子束离子源（离于化的捋杂物眼子）加速話高能射束遮光层控制赛高能离子東避免沟道效应的措施： 提高样品温度注入损伤：与注入离子的剂量，能量，质量，靶材料等有关。退火技术：消除注入损伤、实现电激活，分为热退火和快速退火。热退火（300-1200)注入离子浓度N(x,t)=exp2 Rp-(x-Rp)2】22 RpRp 离子注入范围，um厶Rp为分散度或离散度

11、Q离子束的剂量（原子数/cm2）ex%；%3.注入温度低分布函数： N（x,t）=-Q2（2兀）2QRp + 2Dt）离子注入优点：1.可控性好；2.可以获得任意的掺杂浓度分布; 表面薄膜技术方式：氧化、淀积、外延、电镀氧化：硅与氧化剂反应生成二氧化硅。干氧：二氧化硅膜干燥致密，掩蔽能力强，与光刻胶粘附性好，但氧化速度慢。（常用） 湿氧：速度快，但二氧化硅疏松，与光刻胶粘附性不好，易脱落。二氧化硅膜的五种用途：a杂质扩散掩蔽膜 b器件表面保护或钝化膜 c电路隔离介质或绝缘介质d电容介质材料e MOS管的绝缘栅材料二氧化硅膜的性质：1.二氧化硅膜的化学稳定性极高，不溶于水，除氢氟酸外，和别的酸不

12、起作用。利用这一性质可作为优质的掩蔽膜2.二氧化硅膜的掩蔽性质B、P、As等杂质在SiO2的扩散系数远小于在 Si中的扩散系数。Dsi > >Dsio2，SiO2膜要有足够的厚度。一定的杂质扩散时间、扩散温度下，有一最小厚度3. 二氧化硅膜的绝缘性质，热击穿、电击穿、混合击穿：a.最小击穿电场（非本征）针孔、裂缝、杂质。b.最大击穿电场（本征）厚度、导热、界面态电荷等；氧化层越薄、击穿电场越低。4. 介电常数 34 （ 3.9）硅基底上氧化层的生成量：短时间氧化：X=B/A（t+ .）长时间氧化：X= . B（t亠） X为硅基上氧化层的厚度A和B为常数(d0 2Ddo)T可通过下式

13、求得：KyN 1D:硅的氧化系数，Ks :表面反应率常数，N0 :2D No载体气体中氧分子的浓度,N1 :氧化中氧化物的数目对于线性斜率常数：log(B) =ab对于抛物线斜率常数：In（B）二aT'b （T' =1000/T）ab条件方程(8.12)-10. 12576.9357干氧方程(8+12)-9.92667.9486湿蒸汽方程(8.13)-14.40276.7436干氧方程(8. 13)-10. 61507.1040湿蒸汽试分别估计在陆o摄氏度时，干燥相潮湿条奉数.和r 件下純押的ci】i硅晶体上经过一个半小时吞釵J饲解;的氧化所生成的二氧化硅的序度"已知

14、；开始约東条件为零，即r=0 当短时间时：x = -f温度严=1000/ (950+273) -0,8177A干氧化湿氧化B/A( pjn/h0.045320+ 6786EL 屮i(/h0,0065160.2068求出在千燥和丰餌湿时氧化层的厚度淘干氧化厚度,阿渎氧化厚度丿血方程（ah对短时间0. 06B1.018方程,对怅时佃0. 09890. 5572对于长时间时：W常数盼A利A如卜一：第四章光刻光刻是一种图形复印和化学腐蚀相结合的精密表面加工技术三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机重要性：是唯一不可缺少的工艺步骤，是一个复杂的工艺流程工艺过程：气相成底膜、旋转涂胶、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙

15、、显影、坚膜烘焙、显影检查（正胶：先后；负胶：先后）目的：在二氧化硅或金属薄膜上面刻蚀出与掩膜版完全对应的几何图形从而实现选择性扩散和金属薄膜布线的目的。光刻胶要求：分辨高、对比度好、敏感度好、粘滞性好、粘附性好、抗蚀性好、颗粒小光刻胶成分：树脂、感光剂、溶剂、添加剂正胶：曝光部分溶解负胶的粘附性和抗蚀性好，但分辨率低涂胶工艺：目的：在硅片上沉积一层均匀的光刻胶薄膜方式：滴胶、匀胶(500700rpm )、旋转(30005000)要求：厚度1.0um，均匀性3%以内对准曝光：接触式，接近式，投影式目的：达到图形精确转移软烘目的：去除光刻胶中的溶剂，改善胶的粘附性，优化胶的光吸收特性和显影能力，

16、缓解涂胶时产生的应力，防止曝光时挥发污染设备。软烘不当的后果温度过高时间过长：光刻胶光敏感度降低；相反刻胶显影选择比下降曝光后烘培目的：促进关键化学反应，去除溶剂增强粘附性，防止产生驻波效应，方法：热板，温度高于软烘显影目的：溶解硅片上曝光区域的胶膜，形成精密的光刻胶图形。方法：正胶显影液：2.38%的四甲基氢氧化铵(TMAH)特点：碱性、水性显影液、轻度腐蚀硅显影后用去离子水洗，N2吹干坚膜烘培目的：使存留在光刻胶中的溶剂彻底挥发，提高光刻胶的粘附性和抗蚀性。稳固光刻胶，对下一步的刻蚀或离子注入过程非常重要。方法：热板，温度高于前两次烘焙显影检查常见问题：底部切入、底部站脚、顶部变圆、T型顶

17、、侧墙角、倒胶数值孔径：透镜半径透镜焦长k人分辨率：R是光刻中的一个重要性能指标k工艺因子光源波长n *sin 入Na曝光系统的数值孔径提高分辨率的方法：减小工艺因子k :工凶加.扎技术：试小兀源技长：汞;一分子我光(等离子体)；增大介质折射率：浸入式曝光；增大 0 m：增大透镜半径、减小焦距焦深：2Na第五章 真空真空的分类：人为真空，自然真空真空区域的划分：粗真空：1 X 1051 X 102 Pa 低真空：1X 1021X 10- 1 Pa。高真空：1 X 10 1 1 X 10 6 Pa超高真空： 1X 10 6 Pa。真空泵的分类机械泵气体传输泵，扩散泵常用真空泵的分类L分子泵，钛升

18、华泵'气体捕获泵丿溅射罔子51L低温冷凝泵哪些工艺或器件需要真空：薄膜建设、电镜 真空系统：真空泵、真空室、控制系统、真空计 参数：极限真空、抽气速率真空的测量：真空测量绝对真空计U型压力计压缩式真空计'放电真空计相对真空计热传导真空计、电离真空计第六章刻蚀从而刻蚀：通过物理和/或化学方法将下层材料中没有被上层掩蔽膜材料掩蔽的部分去掉， 在下层材料上获得与掩蔽膜图形完全对应的图形。腐蚀因子：腐蚀深度与横向腐蚀量之比 分类：干法等离子体腐蚀和湿法腐蚀；各向同性刻蚀与各向异性刻蚀 各向同性刻蚀：薄膜在各个方向上都受到同样的刻蚀 各向异性刻蚀：薄膜在各个方向上所受刻蚀不等 刻蚀工艺的

19、品质因数：刻蚀速率、选择比、钻刻辰1_耳一4”=1一理各向异性度：二二 A=0,各向同性刻蚀；A=1,理想的各向异性反应物扩散到被刻蚀的材料表面； 反应物与被刻蚀薄膜反应； 反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液被排出 影响干法刻蚀的因素：1刻蚀气体的种类、流量及其配比2射频功率3温度4负载效应刻蚀；1>A>0，实际的各向异性刻蚀湿法刻蚀干法刻蚀定义利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应 来去除未被掩敝膜材料掩敝的部分而达 到刻蚀目的。利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体 进行刻蚀优点设备简单，成本底，产量高，并且具有 很好的刻蚀选择比，重复性好。各向异性好，选择比高，可控性、灵活

20、性、 重复性好，细线条操作安全，易实现自动 化，无化学废液，处理过程未引入污染， 洁净度咼。缺点各相同性的，钻蚀严重，对图形的控制 性较差，安全性、洁净性差。成本高，设备复杂。湿法刻蚀三个步骤：1)2)3)刻蚀速率：R = ROexp(-Ea/kT) R0是与刻蚀液浓度有关的常数；Ea是化学反应的激活能,它与被刻蚀物种类、杂质含量有关。速率控制方法：a.刻蚀溶液的种类b.溶液的浓度c.反应温度d.搅拌干法刻蚀分类：物理性、化学性、物理化学性刻蚀。离子轰击的作用：1将被刻蚀材料表面的原子键破坏；2将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉，使被刻蚀表面能再与刻蚀气体接触；高密度低压等离子体（HDP）

21、刻蚀机优点：刻蚀速度高；损伤小；选择比好；各向异性强； 缺点：高的离子流量容易对浮空结构（尤其是MOS管中的栅）充电，可能会在栅绝缘中导致过多的漏电。物理性刻蚀化学性刻蚀物理化学性刻蚀机理利用辉光放电将惰性气体 解离成带正电的离子， 再利 用偏压将离子加速， 轰击被 刻蚀物的表面，并将被刻蚀 物材料的原子击出。自由电子射频电场作用下加速碰撞电离出离子二次电子 离子与电 子复合一一复合与电离平衡 辉光放电一一产生自由 基一一自由基与被刻蚀材料 反应离子轰击被刻蚀材料挥发物抽走。物理性的离子轰击和化 学反应相结合实现的刻 蚀。设备离子铳（真空度10-310-5Torr）咼压等离子体刻蚀机（真空度

22、102 10-1 Torr）反应离子刻蚀 （RIE）（真空度 10-1 10-2 Torr）特点1纯粹的机械过程，对所有 材料都可实现强的各向异 性刻蚀2选择性差3.刻出物易再淀积；4易对下面结构造成损伤；5单片刻蚀。a. 主要依靠化学反应进行刻 蚀，选择性好；b. 离子的能量很小，各向异 性差；c. 对基底的损伤小；d. 刻蚀速度低。1选择比较咼；2各向异性较好；3刻蚀速度较快湿法刻蚀干法刻蚀SiO2SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2OSi硝酸、氢氟酸与醋酸的混合液CF4+SiSiF4+CSi3N4磷酸溶液铝磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液e- + CF, >CF?+2F

23、+ eSi+4F-> SiF JSi+2CF?T S1FJ + 2C去胶：（1）SiO2、氮化硅、多晶硅等衬底，可以用硫酸与过氧化氢的3: 1的混合液去胶。（2）Al衬底用发烟硝酸去胶。（3）等离子体去胶。刻蚀机理：化学刻蚀与中性物种有关。物理刻蚀与离子性物种有关。物理化学刻蚀与上述二者的协同作用有关 第七章薄膜技术薄膜技术是制作元器件、电子回路、集成电路的基础。'涂层或厚膜 薄膜材料 （lum）材料保护涂层材料装饰涂层光电子学薄膜薄膜（lum）微电子学薄膜其它功能薄膜（九热，磁住物等（喷涂机械 L 丁于电镀化学方法t 薄膜材料的制备技柑物畫磊沉积技术（咖”I化学气相沉积技术（C

24、VD）I真空技忒薄膜材料的表征r组份结*勾晶体结构*门1电子结构光学性质I物性丿电学性质力，热，礎，生物等性质主要淀积方式：化学气相淀积、物理气相淀积化学气相淀积技术 （CVD ）:使用加热、等离子体和紫外线等各种能源，使气态物质经化 学反应（热解或化学合成），形成固态物质淀积在衬底上。相对的蒸发和溅射为物理气相淀 积。特点：温度低、均匀性好、通用性好、台阶覆盖性能好，适合大批量生产。反应物的输运过程三个基本过程叱学反应及沉积过程去除反应副产物过程单晶（外延）、多晶、非晶（无定型）薄膜半导体、介质、金属薄膜常压化学气相淀积（APCVD ），低压CVD （LPCVD），等离子体增强淀积（PECV

25、D ）等 CVD反应必须满足三个挥发性标准 ：1.在淀积温度下，反应剂必须具备足够高的蒸汽压2.除淀积物质外，反应产物必须是挥发性的3淀积物本身必须具有足够低的蒸气压1热分解反应SiH4 （气）Si （固）+ 2H2 （气）2还原反应SiCl2（气）+ 2H2 （气）3氧化反应-制备氧化物Si （固）+ 4HC1 （气）SiH4（气）+ 02（气）SiO2（固）+ 2H2（气）4氮化或碳化反应-制备氮化物和碳化物3SiH4（气）+ 4NH3（气） 3TiCI4（气）+ CH4（气） 5化合反应-化合物制备Si3N4（固）+ 12H2（气）TiC（固）+ 4HCI（气）Ga（CH3）2（气）+

26、AsH3（气）GaAs（固）+ 3CH4（气）特点：温度低、均匀性好、通用性好、台阶覆盖性能好，适合大批量生产。化学气相沉积的优点：可以准确控制薄膜的组分及掺杂水平使其组分具有理想化学配比;设备；高沉积温度会大幅度改善晶体的完整性；可以利用某些材料在熔点或蒸发时分解的特点而得到其他方法无法得到的材料；沉积过程可以在大尺寸基片或多基片上进行。缺点：化学反应需要高温； 反应气体会与基片或设备发生化学反应；在化学气相沉积中所使用的设备可能较为复杂，且有许多变量需要控制。CVD工艺特点：（1）CVD成膜温度远低于体材料的熔点或软点。因此减轻了衬底片的热 形变，减少了玷污，抑制了缺陷生成；设备简单，重复

27、性好；（2）薄膜的成分精确可控、配比范围大；（3） 淀积速率一般高于 PVD （物理气相淀积，如蒸发、溅射等）；厚度范围广，由几百埃至数毫米。且能大量生产；（4 ）淀积膜结构完整、致密，与衬底粘附性好。LPCVD :成本低，均匀性好，台阶覆盖好，片子干净PECVD :温度低，易于腐蚀，针孔密度小系统：气体输入：正硅酸乙酯，硅烷和氨气，硅烷激活能源：电阻加热（热壁），射频或紫外光（冷壁）气体排出：氮气或氩气保护旋转装置：保证均匀性CVD工艺压强/温度通常的淀积速率10-10米/分优点缺点应用APCVD100 10kPa350400 CSiO2: 700简单、高速、 低温覆盖度较差微粒污染掺杂或非

28、掺杂氧化物LPCVD1 8汞柱C550900CSiO2: 50180Si3N4 : 3080 多晶硅：3080纯度高和均匀 性高，晶片容量 大温度咼 高淀积速率掺杂或非掺杂 氧化物、氮化 物、晶体硅、 钨PECVD0.2 5汞柱300400CSi3N4 :300 350较低的衬底温 度快、好的附着性易受化学污染在金属上和钝 化物的低温绝 缘体电镀:通过电流在导电液中的流动而产生化学反应，最终在阴极上沉积某一物质的过程。电镀方法只适用于在导电的基片上沉积金属或合金。最常用的金属有 14 种:Al, As, Au, Cd, Co, Cu, Cr, Fe, Ni, Pb, Pt, Rh, Sn, Z

29、n.优点：生长速度快，基片形状可以是任意的.缺点：生长过程难以控制.化学镀：不加任何电场，直接通过化学反应而实现薄膜沉积的方法。阳极反应沉积法又称阳极氧化法是通过阳极反应来实现的氧化物的沉积。主要用于金属氧化物涂层的制备.LB技术:利用分子活性在气液界面上形成凝结膜，将该膜逐次叠积在基片上形成分子层 三种LB膜:X型-基片下沉;Y型-基片下沉和抽出;Z型-基片抽出.物理气相沉积：通过物理的方法使源材料发射气相粒子然后沉积在基片表面的一种薄膜制 备技术.'源材料粒子的发射过程三个基本过程发射粒子的输运过程I粒子在基片表面沉积过程根据源材料粒子发射的方式分类：真空蒸发，溅射，离子束和离子辅

30、助，外延生长技术真空蒸发沉积优点：薄膜具有简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高等特点，缺点：是形成的薄膜与基片结合较差，工艺重复性不好。步骤：1、蒸发源材料由凝聚相转变成气相；2、在蒸发源与基片之间蒸发粒子的输运；3、蒸发粒子到达基片后凝结、成核、长大、成膜。真空蒸发系统：真空室，蒸发源，基片蒸发方法：电阻加热蒸发，闪烁蒸发法，电子束蒸发，激光蒸发，电弧蒸发，射频加热溅射：在某一温度下，如果固体或液体受到适当的高能离子的轰击，那么固体或液体中的原子通过碰撞有可能获得足够的能量从表面逃逸。溅射是指具有足够高能量的粒子轰击固体表面使其中的原子发射出来。优点：1、对于任何待镀材料，只要能做成靶材，

31、就可实现溅射；2、溅射所获得的薄膜与基片结合较好；3、溅射所获得的薄膜纯度高，致密性好；4、溅射工艺可重复性好，膜厚可控制，同时可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜。 缺点：沉积速率低，基片会受到等离子体的辐照等作用而产生温升。溅射参数：溅射阈值，溅射率，溅射粒子的速度和能量1原子序数大的溅射原子逸出时能量较高，而原子序数小的溅射原子溅射逸出的速度较高。2在相同的轰击能量下，溅射原子逸出能量随入射离子的质量而线性增加。3溅射原子平均逸出能量随入射离子能量的增加而增大，担当入射离子能量达到某一较高值时，平均逸出能量趋于恒定。溅射原理：（a）溅射出来的粒子角分布取决于入射粒子的方向；（b）从单晶靶

32、溅射出来的粒子显示择优取向；（c）溅射率不仅取决于入射粒子的能量，也取决于其质量。（d）溅射出来的粒子的平均速率比热蒸发粒子的平均速率高的多。溅射装置分类：1.直流溅射：靶材是良导体2. 射频溅射：靶材可以是导体，半导体和绝缘体.3. 磁控溅射：通过磁场约束电子的运动以增强电子对工作气体的电离效率。4. 离子束溅射离子束溅射：在离子束溅射沉积中，在离子源中产生的离子束通过引出电压被引入到真空室， 直接达到靶上并将靶材原子溅射出来，最终沉积在附近的基片上。优点：1.离子束窄能量分布使得溅射率可以作为离子能量的函数2. 离子束可以精确聚焦和扫描 .3. 离子束能量和电流的可控性 .缺点：溅射面太小

33、导致沉积速率过低.离子（束）辅助沉积：离子（束）参与蒸发或溅射粒子的输运和沉积过程的物理气相沉积离子（束）辅助沉积主要优点：1.所制备薄膜与基片结合好；2.沉积率高.1. 离子轰击导致基片表面杂质吸附的脱附和溅射.可以用于基片清洗.2. 离子轰击导致薄膜表层原子的混合，提高薄膜与基片的结合力.3. 离子轰击导致表面扩散的增强，提高生长面的均匀性. 离子与基片表面的相互作用 ：1. 离子轰击导致基片表面杂质吸附的脱附和溅射.可以用于基片清洗.2. 离子轰击导致薄膜表层原子的混合，提高薄膜与基片的结合力.3. 离子轰击导致表面扩散的增强，提高生长面的均匀性.等离子体溅射特点：真空度要求低，淀积膜厚

34、度容易控制，金属膜的纯度高。高频溅射特点：（10MHz ）不需要热阴极，能在较低的气压和电压下进行溅射，可以溅射多种材料的绝缘介质膜。磁控溅射特点：可溅射各种合金和难熔金属；衬底可不加热，从阴极表面发射的二次电子由于受到磁场的束缚而不再轰击硅片，避免了硅片的温升及器件特性的退化。外延沉积：在单晶体基底生长同样单晶体材料的薄膜。特点：1.由于系统是超高真空，因此杂质气体不易进入薄膜，薄膜的纯度高；2.外延生长一般可在低温下进行；3可严格控制薄膜成分及掺杂浓度；4对薄膜进行原位检测分析，从而可以严格控制薄膜的生长及结构。外延沉积技术：1气相外延(VPE)2.分子束外延(MBE)3.金属有机物 CV

35、D(M0CVD)4.互补金属氧化物半导体(CMOS)外延同质外延：生长外延层和衬底是同一种材料异质外延：外延生长的薄膜材料和衬底材料不同，或者说生长化学组分、甚至是物理结构和衬底完全不同的外延层外延层中的缺陷 有表面缺陷和内部晶格结构缺陷。表面缺陷：云雾状表面、 角锥体、表面突起、划痕、星状体、麻坑等。体内缺陷：层错、位错检测内容：镜检、晶格完好性、电阻率均匀性、掺杂浓度、分布是否满足要求薄膜形成的基本过程：一 成核1物理(化学)吸附产生表面吸附原子；2表面热运动产生吸附原子聚集；3表面扩散运动导致成核发生二生长1晶核的长大2晶核的合并；3.连续膜的形成薄膜表征：薄膜厚度控制及测量、组分表征、

36、薄膜的结构表征、原子化学键合表征、薄膜应力表征气相密度测量Y平衡方法沉积率和厚度监测仪振动石英方法此学监测'光学膜厚度确定膜厚度测量彳X射线干涉仪以针法叹射线衍射(XRD)低能电子衍射(LEED)薄膜结构表征手段*掠入射角XRD透射电镜(TEM)中的选区电导衍射(SAD)电子能量损失谱(EELS)乂扩展X射线吸收原子化学键合表征手段红外吸收谱显拉曼散射谱金属化：蒸发和溅射是制备金属结构层和电极的主要方法。是物理气相淀积的方法。金属材料的要求：1良好的导电性2容易形成良好的欧姆接触3与硅和二氧化硅粘附性好4能用蒸发或溅射的方法形成薄膜5易于光刻，实现图形化常用金属材料:Al, Au, A

37、g, Pt, W, Mo, Cr, Ti集成电路对金属化的要求：1.对P+或N+形成欧姆接触，硅/金属接触电阻越小越好，良好的 导电性2.低阻互连线，引线电阻越小越好 3抗迁徙4良好的附着性5耐腐蚀6易于淀积和光 刻7易键合8层与层之间不扩散蒸发：将制膜材料和被制膜基板在真空室中加热到相当高的温度，使之蒸发或升华形成金属蒸汽，在硅片表面淀积形成金属薄膜的工艺。分类：电阻、高频、激光、电子束加热电子束蒸发原理：利用经过高压加速并聚焦的电子束，在真空中直接打到源表面，将源蒸发并淀积到衬底表面形成薄膜。设备：偏转电子枪真空镀膜机优点：1淀积的Al膜纯度高，钠离子玷污少 2台阶覆盖性能好 3采用红外线

38、加热衬底，工作效率高缺点：1.X射线破坏硅表面晶体 2.压力大于102Pa时会引起放电。蒸发溅射沉积速度较快较慢（磁控除外）膜的致密性很好更好膜与基板结合力较差牢固膜中含气量很少较多膜材选择性各材蒸汽压相差大各材溅射率相差小操作要求操作要求较咼，工艺重复性差工艺重复性好，易实现自动化合金化目的：使接触孔中的铝与硅之间形成低欧姆接触，并增加铝与二氧化硅之间的附着力,使互连线和压焊点牢固的固定在硅片上。关键：合金温度和合金时间的控制。清洗：除去器件制造过程中偶然引入的“表面玷污”杂质（来自加工过程或清洗），如颗粒、杂质膜、物理吸附或化学吸附等。清洗是一个必需的复杂的工艺过程。清洗过程必须遵循固定的程序和顺序。硅片的清洗：原始硅片、工艺环节前、甩胶前、去胶后等；有机溶剂：去除有机杂质（油脂、蜡等），常用甲苯、丙酮、乙醇等；无机酸：去除金属、金属离子和氧化物等，常用盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和王水等；洗液：重铬