集成電路制造工藝

--課程介紹

全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件什么是微電子？microelectronics電子學微電子學通常以微米(

m,106m)和納米(nm,10-9m)為單位的核心是集成電路。本課件是可編輯的正常PPT課件50

m70-100

m頭發絲粗細

30

m1

m

1

m(晶體管的大小)30~50

m(皮膚細胞的大小)本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路（IC，IntegratedCircuit）本課件是可編輯的正常PPT課件知識能力素質具備工藝設備操作、工藝檢測、工藝分析的能力，具備一定的工藝流程設計和工藝管理能力團隊協作創新素質耐心細致愛崗敬業熟悉半導體集成電路制造工藝流程，掌握各工序工藝原理，工藝參數檢測和工藝質量分析方法。微電子技術專業的核心課程本課程性質與任務本課件是可編輯的正常PPT課件

CMOS倒相器制造工藝流程（提升模塊）薄膜制備摻雜光刻刻蝕平坦化核心模塊（芯片制造）拓展模塊材料提供芯片組裝潔凈技術

硅外延平面晶體管雙極型IC倒相器制造工藝流程（基礎模塊）本課程教學內容本課件是可編輯的正常PPT課件教材名稱主編出版社《集成電路制造工藝》孫萍電子工業出版社《半導體工藝》張淵機械工業出版社《芯片制造-半導體工藝制程使用教程》PeterVanZant電子工業出版社《半導體制造技術》夸克電子工業出版社《超大規模集成電路工藝技術：理論、實踐與模型》JamesD.Plummer等電子工業出版社本課程主要參考教材本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路制造工藝

--集成電路工藝發展歷史本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路制造工藝發展的歷史器件和電路制造工藝流程本課程的框架第一章集成電路制造工藝發展與工藝流程本章要點本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路制造工藝發展的歷史器件和電路制造工藝流程本課程的框架第一章集成電路制造工藝發展與工藝流程本章要點本課件是可編輯的正常PPT課件123t1906年，第一個電子三極管1946年第一臺計算機1947年，貝爾實驗室第一個晶體管1959年，第一個集成電路41971年第一個微處理器§1.1集成電路工藝發展歷史5本課件是可編輯的正常PPT課件PN結的制備方法--生長法--合金法----擴散法----平面工藝集成度，特征尺寸，芯片和硅片尺寸發展分立器件的發展集成電路的發展本課件是可編輯的正常PPT課件生長法：在單晶材料生長的過程中形成PN結一.

分立器件的發展擴散法：雜質在高溫下、濃度梯度驅使下滲透進半導體材料平面工藝：氧化、光刻和擴散工藝，在硅表面進行選擇性擴散，制備平面晶體管。合金法：兩種材料加熱形成合金本課件是可編輯的正常PPT課件一.

分立器件的發展本課件是可編輯的正常PPT課件合金結結型晶體管示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件臺面型結型晶體管示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件硅平面結型晶體管示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件1.集成電路的分類

數字集成電路

模擬集成電路

數模混合集成電路

微波集成電路

其他集成電路

半導體集成電路薄、厚膜集成電路

混合集成電路

二.集成電路的發展集成電路按器件結構分按工藝分按功能分按集成規模分雙極型集成電路

MOS集成電路

CCDMOS集成電路傳感器、換能器集成電路BICMOS集成電路小規模集成電路

中規模集成電路

大規模集成電路

超大規模集成電路

甚大規模集成電路

巨大規模集成電路

本課件是可編輯的正常PPT課件2.集成電路的發展方向電路集成半導體產業周期每個芯片上的元器件數小規模集成電路SSI20世紀60年代前期2~50中規模集成電路MSI20世紀60年代到70年代前期20~5000大規模集成電路LSI20世紀70年代前期到70年代后期5000~100000超大規模集成電路VLSI20世紀70年代后期到80年代后期100000~1000000甚大規模集成電路ULSI20世紀90年代后期至今大于1000000

（1）集成規模越來越大本課件是可編輯的正常PPT課件（2）特征尺寸--CD越來越小時間點2005200620072008200920102011201220132014201520162017CD（nm）655545403228222014121087世界集電路硅片特征尺寸演進趨勢CD(CriticalDimension)：集成電路中半導體器件的最小尺寸，是衡量集成電路設計和制造水平的重要尺度，特征尺寸越小，芯片的集成度越高，速度越快，性能越好。本課件是可編輯的正常PPT課件（3）芯片尺寸和硅片直徑越來越大75mm100mm125mm150mm200mm300mm本課件是可編輯的正常PPT課件摩爾定律

1965年Intel公司的創始人之一GordonE.Moore預言集成電路產業的發展規律

摩爾定律：集成電路的晶體管的集成度每18個月翻一番。特征尺寸每36個月縮小1/本課件是可編輯的正常PPT課件謝謝！本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路制造工藝----分立器件和集成電路制造工藝流程簡介

本課件是可編輯的正常PPT課件第一章集成電路制造工藝發展與工藝流程集成電路制造工藝發展的歷史器件和電路制造工藝流程本課程的框架本章要點本課件是可編輯的正常PPT課件§1.2分立器件和集成電路制造工藝流程簡介硅錠切片、磨片、拋光硅片測試································芯片組裝打印包裝入庫成測································經過二十-三十道工序芯片制造awaferachip芯片分割本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件N+-subN-epiSiO2PN+BBEC一.硅外延平面晶體管的前道工藝流程襯底制備外延一次氧化基區光刻基區制備發射區光刻發射區擴散三次氧化電極制備二次氧化引線孔光刻本課件是可編輯的正常PPT課件1.集成電路的概念集成電路：IntegratedCircuit，縮寫IC通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容等無源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導體單晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個外殼內，執行特定電路或系統功能的復雜電子系統。二.雙極型集成電路工藝流程本課件是可編輯的正常PPT課件N--epi)(P+()P+SiO2P-subN+P+N+N+EBC2.雙極型集成電路工藝流程襯底制備埋層氧化、光刻、擴散去除氧化層外延隔離氧化、光刻、擴散基區氧化、光刻發射區及歐姆接觸光刻發射區、歐姆接觸擴散電極制備基區擴散及發射區氧化引線孔氧化、光刻本課件是可編輯的正常PPT課件P－SUBN－－EPI（1）隔離工藝2.雙極集成電路特有工藝P＋P＋N＋本課件是可編輯的正常PPT課件PNNP＋P＋P－SUBN＋（2）

埋層工藝本課件是可編輯的正常PPT課件思考：雙極集成電路與晶體管的工藝流程有哪些不同？為什么？本課件是可編輯的正常PPT課件謝謝！本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路制造工藝

--常見的半導體薄膜

本課件是可編輯的正常PPT課件薄膜生長------熱氧化薄膜制備--物理氣相淀積第二章薄膜制備半導體生產中常用的薄膜本章要點薄膜制備—外延生長薄膜制備--化學氣相淀積本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1半導體生產中常用的薄膜將整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容等元件及其連線全部用<0.1μm的薄膜制成集成電路薄膜集成電路將整個電路的晶體管、二極管、電阻、電容等元件及其連線全部用>0.1μm的薄膜制成集成電路厚膜集成電路集成電路分類本課件是可編輯的正常PPT課件良好的臺階覆蓋能力良好的粘附性高的深寬比填充結構完整，厚度均勻應力小薄膜的特性本課件是可編輯的正常PPT課件臺階覆蓋本課件是可編輯的正常PPT課件高的深寬比：高度/寬度數值很大深寬比填充本課件是可編輯的正常PPT課件應變材料在外力作用下不能產生位移時，它的幾何形狀和尺寸將發生變化，這種形變稱為應變（Strain）。應力材料發生形變時內部產生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定義單位面積上的這種反作用力為應力（Stress）應力本課件是可編輯的正常PPT課件薄膜在襯底上生長的一層固體物質，很薄。舉例MOS的柵氧化層，金屬薄膜薄膜的含義本課件是可編輯的正常PPT課件作為摻雜雜質的阻擋層，金屬前絕緣介質、金屬層間介質、鈍化層等絕緣介質膜作為外延層、高阻、柵等半導體膜連接作用，接觸作用，阻擋作用，抗反射作用金屬膜薄膜的分類本課件是可編輯的正常PPT課件常見的絕緣介質薄膜絕緣介質二氧化硅氮化硅摻雜二氧化硅§2.1.1半導體生產中常用的絕緣膜本課件是可編輯的正常PPT課件Si-O四面體二氧化硅的結構Si-O四面體，每個四面體硅和氧原子比例為：1:2每個氧原子連接兩個硅原子。本課件是可編輯的正常PPT課件二氧化硅的結構二氧化硅平面結構二氧化硅立體結構本課件是可編輯的正常PPT課件SiO2基本結構Si-O四面體SiO2結構種類結晶型無定型特點四面體有規則地排列，網絡致密四面體無規則地排列，網絡中存在不規則的孔洞例石英熱氧化生長的SiO2二氧化硅結構的種類本課件是可編輯的正常PPT課件結晶型SiO2無定型SiO2二氧化硅結構的種類注意：自然氧化層：40?本課件是可編輯的正常PPT課件橋聯氧Si-O-Si非橋聯氧Si-O-橋聯氧原子濃度越高，網絡的強度越強，非橋聯氧濃度越高，網絡的強度越弱。SiO2網絡中的氧本課件是可編輯的正常PPT課件在非本征網絡中，根據雜質在網絡中所處的位置不同，雜質可分為：代（替）位式雜質、間隙式雜質本征網絡：網絡中不含雜質非本征網絡：網絡中含有雜質SiO2中的雜質本課件是可編輯的正常PPT課件代位式雜質—網絡形成劑間隙式雜質—網絡調節劑SiO2中的雜質分類本課件是可編輯的正常PPT課件常見的代位式雜質：B、P等原子在硅氧四面體中能取代硅原子，構成網絡的一類雜質。雜質原子的半徑與硅原子半徑接近或更小。代位式雜質代位式雜質，作為網絡的形成劑123本課件是可編輯的正常PPT課件SiO2中的雜質幾種雜質原子的半徑代位式雜質結構本課件是可編輯的正常PPT課件a：當網絡中摻入IIIA族元素，如B時，非橋聯氧數目減少，網絡的強度增強。b：當網絡中摻入VA族元素，如P時，非橋聯氧數目增多，網絡的強度減弱。代位式雜質對網絡強度的影響本課件是可編輯的正常PPT課件P5+通常是以P2O5的形式進入SiO2網絡，P將替代Si的位置，形成P-O四面體。Si--O四面體代位式雜質對網絡強度的影響--以摻入P5+為例本課件是可編輯的正常PPT課件P2O52(PO2）++[O=]代位式雜質對網絡強度的影響--以摻入P5+為例代位式雜質的條件？分析B雜質是怎樣影響網絡強度的呢？本課件是可編輯的正常PPT課件定義間隙式雜質--網絡的變形者（調節者）處于硅氧四面體間隙中孔洞位置的一類雜質。雜質原子的特點雜質原子的半徑較大。實例Na、K、Pd、Ga等。對網絡強度的影響該類雜質一般以金屬氧化物的形式進入網絡，會使網絡的非橋聯氧增多，因而會削弱網絡的強度。間隙式雜質本課件是可編輯的正常PPT課件行為類似于間隙式雜質，使網絡的強度減弱。網絡中的水汽本課件是可編輯的正常PPT課件常見的一些物理參數：密度、折射率、電阻率、介電常數、介電強度。注意：SiO2是玻璃體，沒有固定的熔點，只有軟化溫度為15000C.二氧化硅的性質—物理性質本課件是可編輯的正常PPT課件與酸的反應：SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]六氟硅酸絡合物與堿的反應：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O與Al的反應：4Al+3SiO2=2Al2O3+3Si二氧化硅的性質—化學性質本課件是可編輯的正常PPT課件磷硅玻璃PSG(Phospho-silicateGlassPSG）缺點:易吸附水汽

作為半導體元器件的保護層

用來吸收、固定Na+和其他可動金屬電荷

覆蓋無源層,給無源層提供機械保護通過熱熔流，提高整個硅片表面的平坦化作用磷硅玻璃本課件是可編輯的正常PPT課件

硼磷硅玻璃BPSG：Boro-Phospho-silicateGlassBPSG）作用:

作為絕緣膜

用于平坦化硼磷硅玻璃本課件是可編輯的正常PPT課件二氧化硅在半導體生產中的應用作為雜質選擇擴散的掩蔽膜作為器件表面的保護和鈍化膜作為電容器材料作為MOS場效應管的絕緣柵材料作為集成電路隔離介質作為器件和電路的絕緣介質本課件是可編輯的正常PPT課件N+SiO2二氧化硅作為選擇性擴散的掩蔽膜N-BBBBPXj本課件是可編輯的正常PPT課件A.掩蔽作用--膜能阻擋雜質向半導體中擴散的能力a.雜質在SiO2中并不是不擴散，只是擴散系數較小b.并不是所有的雜質都能用SiO2來掩蔽如Al，Ga，In等雜質在SiO2中的擴散系數比在Si中大，不能用SiO2來掩蔽）本課件是可編輯的正常PPT課件例：0.1%的B源，3%的P源所以：DSi/DSiO2≈300,差2-3個數量級。當T=1200℃，B雜質，DSi/DSiO2=(2.1*10-12）

/6*10-15≈3*102

BPT(℃)115012001250115012001250DSiO2(um2/s)2.5*10-156*10-151.2*10-147*10-152.2*10-146.5*10-14Dsi(um2/s)2*10-132.1*10-128*10-121*10-124*10-121.5*10-11本課件是可編輯的正常PPT課件B.掩蔽條件：擴散系數（D）

SiO2?Dsi

SiO2具有足夠的厚度雜質在SiO2中的擴散長度可由下式計算：本課件是可編輯的正常PPT課件二氧化硅作為器件的保護和鈍化膜目的：在晶圓表面覆蓋一層保護介質膜，以防止表面污染本課件是可編輯的正常PPT課件二氧化硅用作電容器材料導電板導電板絕緣介質本課件是可編輯的正常PPT課件二氧化硅用作柵氧柵N型襯底二氧化硅本課件是可編輯的正常PPT課件二氧化硅用作隔離介質

P+

N+N+BECWBP+

N+N+BECWBP襯底

SiO2N外延P-P-隔離

SiO2本課件是可編輯的正常PPT課件SiO2SiO2SiO2P-外延層P阱P阱二氧化硅用作隔離介質V型槽介質隔離MOS中的場氧隔離本課件是可編輯的正常PPT課件典型二氧化硅的厚度（?）

柵氧（

工藝）20-60電容器電介質5-100摻雜掩蔽的氧化物400-1200LOCOS（局部氧化隔離）氧化工藝200-500場氧2500到15000不同應用下二氧化硅的厚度本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.1半導體生產中常用的絕緣膜常見的絕緣介質薄膜絕緣介質二氧化硅氮化硅摻雜二氧化硅氮化硅陶瓷球本課件是可編輯的正常PPT課件氮化硅的結構白色粉狀晶體，化學式：Si3N4正八面體，2個頂是Si，四個N中間平面的4個點，4個N產生的平面的中心是第3個Si了。每個Si都連著四個N，每個N都連著3個硅，N-N之間沒有連接本課件是可編輯的正常PPT課件氮化硅的晶體結構三方：α-Si3N4六方：β-Si3N4立方：γ-Si3N4紫色圓球是氮原子，灰色圓球是硅原子本課件是可編輯的正常PPT課件氮化硅是一種重要的結構陶瓷材料；高強度，耐高溫；本身具有潤滑性，耐磨損，原子晶體高溫時抗氧化；能抵抗冷熱沖擊，在空氣中加熱到1000℃以上，急劇冷卻再急劇加熱，也不會碎裂。耐化學腐蝕：在濃強酸溶液中緩慢水解生成銨鹽和二氧化硅；易溶于氫氟酸，與稀酸不起作用。電絕緣性能高氮化硅的性質本課件是可編輯的正常PPT課件電子級的氮化硅薄膜是通過化學氣相淀積或者等離子體增強化學氣相淀積技術制造的氮化硅的制備3SiH4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12H2(g)3SiCl4(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+12HCl(g)3SiCl2H2(g)+4NH3(g)→Si3N4(s)+6HCl(g)+6H2(g)本課件是可編輯的正常PPT課件氮化硅的作用作為雜質擴散的掩蔽膜作為鈍化膜作為局部氧化的掩蔽膜作為雜質與缺陷的萃取本課件是可編輯的正常PPT課件氮化硅作為雜質擴散的掩蔽膜

對B、P、As雜質Si3N4的掩蔽能力更強Al、Ga、In等雜質的遷移和擴散不能用SiO2作掩蔽膜，只能用Si3N412

掩蔽膜更薄4

光刻精度更高3本課件是可編輯的正常PPT課件

Si3N4/SiO2/Si，改善Si3N4-Si直接的大應力Si3N4對H2O和Na+有強烈的阻擋作用12

Si3N4有效阻擋H2O和O2的遷移4

電阻率比SiO2略小，更耐擊穿，散熱好3氮化硅作為鈍化膜本課件是可編輯的正常PPT課件

利用Si3N4有效阻擋H2O和O2的遷移，使得抗氧化能力比Si大約100倍，用作MOS器件場氧化層制作時的LOCOS工藝（局部硅氧化）氮化硅作為局部氧化掩蔽膜本課件是可編輯的正常PPT課件氮化硅作為雜質與缺陷的萃取源Si3N4-Si之間界面缺陷密度大，有很大應力，高溫下，硅形成位錯，依靠位錯將雜質和缺陷萃取出來1

如果Si3N4靠近有源區，作為介質層或者鈍化膜，會影響載流子的遷移率，影響性能，甚至龜裂。2本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.2半導體生產中常用的半導體膜常見的半導體薄膜半導體膜硅鍺砷化鎵本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.2半導體生產中常用的半導體膜常見的半導體薄膜半導體膜硅鍺砷化鎵本課件是可編輯的正常PPT課件硅的結構Si，14號，深灰色、帶藍色調立方體（金剛石型）結構共價鍵結合本課件是可編輯的正常PPT課件隨溫度升高，電導率增大，1480℃左右達到最大，超過1600℃后又隨溫度的升高而減小；與單質反應：Si+O?==SiO?，Si+2F?==SiF?Si+2Cl?==SiCl?高溫真空條件下可以與某些氧化物反應：2MgO+Si==Mg(g)+SiO?與酸反應：只與氫氟酸反應：Si+4HF==SiF?↑+2H?↑與堿反應：Si+2OH?+H?O==SiO?2?+2H?↑（如NaOH，KOH）硅的性質本課件是可編輯的正常PPT課件單晶硅多晶硅無定型硅硅的分類晶體硅納米硅集成電路硅片晶體硅本課件是可編輯的正常PPT課件多晶硅的性質熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。熔點1410℃，沸點2355℃溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸室溫下質脆，切割時易碎裂加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應，熔融狀態活性大本課件是可編輯的正常PPT課件多晶硅的用途

形成淺結擴散源

使得閾值電壓下降，提高開關速度多晶硅柵高值電阻

太陽能電池形成單晶硅的基本材料太陽能電池本課件是可編輯的正常PPT課件單晶硅的結構與性質金剛石晶格，晶體硬而脆，金屬光澤，導電能力且隨著溫度升高而增加，具有半導體性質。熔融的單質硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。單晶硅形成單晶硅性質

在半導體生產中主要用作外延層單晶硅應用本課件是可編輯的正常PPT課件單晶硅用作外延層分立器件中外延層集成電路中外延層本課件是可編輯的正常PPT課件鍺的性質和用途性質穩定，常溫下不與空氣或水蒸汽作用，600～700℃，生成二氧化鍺。與鹽酸、稀硫酸不起作用。鍺粉末狀呈暗藍色，結晶狀，為銀白色脆金屬。原子排列與金剛石差不多12第一代半導體材料，熔點比硅低，禁帶寬度約0.66eV（硅為1.11eV）3本課件是可編輯的正常PPT課件砷化鎵的性質與用途Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，可以制成半絕緣的高阻單晶襯底GaAs中的電子在低電場下的遷移率較高，且易于生長成異質結構，有利于制造出超高速的晶體管與集成電路屬于直接帶隙型半導體材料，制作各種半導體發光器件本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.3半導體生產中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.3半導體生產中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件

在基區和發射區、柵區及有源區形成歐姆接觸

將IC里的各元件連起來，形成一個功能完善

而強大的IC。連接作用接觸作用

阻擋Al與Si的互溶，防止結的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻擋作用導電膜在半導體生產中的應用本課件是可編輯的正常PPT課件鋁的性質地殼中的含量豐富（第三），便宜，銀白色輕金屬，有延展性熔點660℃

，沸點2327℃化學性質活潑，易氧化，在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約50?（埃）良好的導電性和導熱性（20℃，電阻率2.65μ?·cm）在硅和二氧化硅中有高的擴散率易淀積，易刻蝕與二氧化硅粘附型好本課件是可編輯的正常PPT課件鋁的用途導熱和導電能力應用于互連引線。比較軟，可制成各種鋁合金12保護膜，反射鏡，金屬陶瓷，炸藥等3本課件是可編輯的正常PPT課件12鋁容易淀積，容易刻蝕3與硅、二氧化硅的粘附性較好純Al材料的電阻率低,鋁在20℃時具2.65μ?·cm的電阻率）

超大規模集成電路中的鋁膜特點本課件是可編輯的正常PPT課件鋁金屬化中存在的問題鋁硅的肖特基接觸電遷移鋁尖刺本課件是可編輯的正常PPT課件產生原因：鋁硅接觸時，較多的硅溶入到鋁中，在硅中造成較大的空洞，鋁就在某些接觸點上象尖釘一樣刺入到硅中鋁尖刺產生的原因本課件是可編輯的正常PPT課件N+PNN+用于歐姆接觸

作為電極接觸的主要為歐姆接觸（N+），肖特基接觸（單向導電性）用于一些TTL電路中的箝位二極管鋁硅的肖特基接觸摻雜濃度>1019/cm3本課件是可編輯的正常PPT課件可以通過高摻雜來形成歐姆接觸鋁硅的肖特基接觸N型硅襯底，摻雜濃度較低時-肖特基接觸，當摻雜濃度增加時，電子的隧道穿透幾率增加，成為主要的電流傳輸機構，轉為歐姆接觸型由于金屬和半導體功函數的差和表面勢的影響，使得鋁硅接觸常常呈肖特基接觸12本課件是可編輯的正常PPT課件在大電流情況下，鋁離子逆著電流方向移動的一種現象。定義

電子與鋁原子的相互碰撞引起相互間的動能交換，稱之為“電子風”.產生原因陽極：鋁離子堆積，易形成小丘，造成兩層之間的連線短路.造成結果陰極：鋁離子損耗，易形成空洞，造成連線減薄而引起斷路。電遷移產生的原因本課件是可編輯的正常PPT課件

結果:陽極：短路。

陰極：斷路。電遷移產生的結果本課件是可編輯的正常PPT課件用鋁硅合金代替純鋁加入1%重量的硅）

采用金屬阻擋層結構鋁阻擋層n+n+多晶硅硅化物介質場氧化具有金屬阻擋層的鋁硅接觸

采用高摻雜消除鋁硅接觸中的肖特基現象鋁金屬化改進的方法本課件是可編輯的正常PPT課件

采用鋁銅或鋁硅銅合金來減少電遷移

采用三層夾心結構減少電遷移采用“竹節狀”結構減少電遷移本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.3半導體生產中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件

延展性好，導熱性和導電性高，銅合金機械性能

優異，電阻率很低，1.75×10-8Ω·m

化學符號Cu，29號，紅橙色帶金屬光澤，單質

紫紅色，面心立方，抗磁性12

熔點1083.4±0.2℃，沸點2567℃4

與氧、硫、氯素、酸容易發生化學反應，可做催化劑3銅的性質本課件是可編輯的正常PPT課件銅連線的電阻R比鋁連線小1減小功耗2更高的集成密度3減少工藝步驟5良好的抗電遷移能力4銅作為互連線的優點本課件是可編輯的正常PPT課件銅在氧化硅和硅中的擴散系數較快，漏電1難以利用常規等離子體刻蝕出圖形2易被氧化，與二氧化硅的黏附性較差3銅作為互連線的缺點本課件是可編輯的正常PPT課件

鎢插塞做第一層金屬與源、漏、柵區的連接

銅在氧化硅和硅之間加一層阻擋層12在氮氣或者惰性其他保護下，不被氧化4雙大馬士革工藝3銅互連問題采用的方法本課件是可編輯的正常PPT課件銅互連工藝本課件是可編輯的正常PPT課件(1)層間介質淀積，通孔刻蝕(2)阻擋層金屬淀積，CVD淀積銅種子層(4)CMP拋光清除多余的銅(3)銅電鍍銅雙大馬士革工藝銅電鍍工藝電鍍過程中銅離子對已淀積銅表面的轟擊，形成一種淀積/刻蝕/淀積的過程，提高其臺階覆蓋和溝槽填充能力本課件是可編輯的正常PPT課件銅電鍍工具本課件是可編輯的正常PPT課件第一步磨掉晶圓表面的大部分金屬；第二步降低研磨速率的方法精磨與阻擋層接觸的金屬，并通過終點偵測使研磨停在阻擋層上；第三步磨掉阻擋層以及少量的介質氧化物，并用大量的去離子水（DIW）清洗研磨墊和晶圓兩側表面。銅的CMP工藝SiO2用PECVD淀積內層氧化硅銅雙大馬士革工藝流程--SiO2

淀積本課件是可編輯的正常PPT課件銅雙大馬士革工藝流程—Si3N4

淀積HDPCVD淀積厚250?的Si3N4

刻蝕阻擋層Si3N4本課件是可編輯的正常PPT課件銅雙大馬士革工藝流程--Si3N4

刻蝕SiN干法刻蝕氮化硅，確定通孔圖形和阻擋層本課件是可編輯的正常PPT課件銅雙大馬士革工藝流程--SiO2

淀積SiO2為保留層間介質，PECVD淀積氧化硅本課件是可編輯的正常PPT課件Photoresist銅雙大馬士革工藝流程—確定互連圖形利用光刻確定氧化硅槽圖形，帶膠。在確定圖形之前將通孔窗口放在槽里。本課件是可編輯的正常PPT課件銅雙大馬士革工藝流程--刻蝕互連槽和通孔在層間介質氧化硅中干法刻蝕溝道，停止在Si3N4層。穿過Si3N4層中的開口繼續刻蝕形成通孔窗口。本課件是可編輯的正常PPT課件阻擋層金屬銅雙大馬士革工藝流程--淀積阻擋層金屬在槽和通孔的底部及側壁用離子化的PVD淀積鉭(TaN）和氮化鉭擴散層。本課件是可編輯的正常PPT課件銅種子層銅雙大馬士革工藝流程--淀積種子層用CVD.淀積連續的銅種子層，種子層必須是均勻的并且沒有針孔。本課件是可編輯的正常PPT課件銅層用電化學淀積(ECD).淀積銅填充，即填充通孔窗口也填充槽。銅雙大馬士革工藝流程--淀積銅填充本課件是可編輯的正常PPT課件Copper用CMP清除額外的銅，這一過程平坦化了表面并為下道工序做了準備。最后的表面是一個金屬鑲嵌在介質內，形成電路的平面結構。銅雙大馬士革工藝流程—CMP清除多余的銅本課件是可編輯的正常PPT課件鋁和銅之間特性和工藝的比較特性/工藝AlCu電阻率(

-cm)2.65(3.2forAl-0.5%Cu)1.678抗電遷徒LowHigh空氣中抗侵蝕

HighLowCVD工藝YesNoCMP化學機械平坦化工藝YesYes本課件是可編輯的正常PPT課件雙大馬士革流程覆蓋ILD層和CMP氮化硅刻蝕終止層

(光刻和刻蝕)第二層ILD淀積和穿過兩層氧化硅刻蝕銅填充銅CMP傳統互連流程氧化硅通孔2刻蝕鎢淀積+CMP金屬2淀積+刻蝕覆蓋ILD層和CMP鋁互連與銅互連工藝比較本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.3半導體生產中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件

在基區和發射區、柵區及有源區形成歐姆接觸

將IC里的各元件連起來，形成一個功能完善

而強大的IC。連接作用接觸作用

阻擋Al與Si的互溶，防止結的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻擋作用導電膜在半導體生產中的應用本課件是可編輯的正常PPT課件PVDAl：臺階覆蓋差，形成空洞CVDW：優異的臺階覆蓋及填縫能力接觸孔越來越小且窄，需要更強的填充能力12鎢是難熔材料，熔點為：3417℃，在20℃時，體電阻率是52.8μΩ?cm4鎢電阻率較高（1.7uΩ?cm），具有高深寬比的通孔填充能力，可作為局部互連或者填充（插塞）3鎢的性質本課件是可編輯的正常PPT課件鎢插塞本課件是可編輯的正常PPT課件1.厚氧化層淀積2.氧化層平坦化3.穿過氧化層刻蝕接觸孔4.阻擋層金屬淀積5.鎢淀積6.鎢平坦化1.穿過氧化層刻蝕接觸孔2.鋁淀積3.鋁刻蝕早期金屬化技術鋁接觸孔氧化硅(介質)在接觸孔(通孔)中的鎢塞氧化硅(介質)現代金屬化技術多層金屬的鎢填充塞本課件是可編輯的正常PPT課件SiO2IC中的金屬塞本課件是可編輯的正常PPT課件§2.1.3半導體生產中常用的金屬膜常見的金屬薄膜金屬膜鋁銅鎢鈦及硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件

在基區和發射區、柵區及有源區形成歐姆接觸

將IC里的各元件連起來，形成一個功能完善

而強大的IC。連接作用接觸作用

阻擋Al與Si的互溶，防止結的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻擋作用導電膜在半導體生產中的應用本課件是可編輯的正常PPT課件阻擋層金屬銅用于銅互連結構的阻擋層對0.25μm工藝厚度為100nm；對0.35μm工藝厚度為400～600nm本課件是可編輯的正常PPT課件阻止銅擴散低薄膜電阻對介質材料和銅都有很好的附著與化學機械平坦化過程兼容具有很好的臺階覆蓋，填充高深寬比能力允許銅有很小的厚度，占據最大的橫截面積

銅互連中金屬阻擋層的要求本課件是可編輯的正常PPT課件

TiSi2作為最常用的接觸材料，常采用Ti的硅化物

自對準工藝Ti作為接觸層，能有效去除氧，避免形成鋁或鎢的氧化物，降低接觸電阻12

TiN能作為擴散阻擋層，有效防止鋁或鎢向襯底擴散，作為粘附層，提高鎢與SiO2的粘附能力4

TiN可作為抗反射涂層（ARC），減少金屬層在光刻工藝中的對光的反射3其他IC中常用的金屬--Ti本課件是可編輯的正常PPT課件鈦（Ti）的作用本課件是可編輯的正常PPT課件多晶硅作為柵極材料的優點能承受高溫工藝，能實現源漏自對準工藝可方便調節功函數，降低開啟電壓

多晶硅作為互連材料的局限過高的電阻率，只適合局部互連多晶硅本課件是可編輯的正常PPT課件硅化物是一種具有熱穩定性的金屬化合物，在硅/難熔金屬的分界面具有低的電阻率難熔金屬與硅在一起發生反應，熔合時形成硅化物12用于減小許多源漏和柵區硅接觸的電阻，常用的難熔金屬有鈦、鉭、鈷4多晶硅化物對減小連接多晶硅的串聯電阻，保持了多晶硅對氧化硅好的界面特性3金屬硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件低的、類金屬的電阻率1高溫穩定性好2抗電遷移能力強3可作為接觸材料，以及柵極和互連材料5與硅襯底接觸電阻小，附著性好4金屬硅化物的特點本課件是可編輯的正常PPT課件鈦多晶硅化物鈦硅化物多晶硅柵摻雜硅多晶硅上的多晶硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件硅化物最低熔化溫度(

C)形成的典型溫度(

C)電阻率(

-cm)鈷/硅(CoSi2)900550–70010–18鉬/硅(MoSi2)1410900–1100100鉑/硅(PtSi)830700–80028–35鉭/硅(TaSi2)1385900–110035–45鈦/硅(TiSi2)1330600–80013–25鎢/硅(WSi2)1440900–110070硅化物的特性本課件是可編輯的正常PPT課件

燒結的溫度

電阻率

TiSi2–C49

625–675

C

60–65

??cmTiSi2–C54

800

C

10–15

?cmTiSi2的退火本課件是可編輯的正常PPT課件自對準硅化物在源/漏和第一金屬層之間電接觸的面積是很小的。這個小的接觸面積將導致接觸電阻增加。一個可提供穩定接觸結構、減小源/漏區接觸電阻的工藝被稱為自對準硅化物技術。自對準硅化物的主要優點是避免了對準誤差。本課件是可編輯的正常PPT課件鈦/鈦鉭阻擋層金屬金屬鎢鈦硅化物接觸Siliconsubstrate多晶硅柵鈦硅化物接觸OxideOxideSourceDrain硅接觸上的難溶金屬硅化物本課件是可編輯的正常PPT課件2.鈦淀積硅襯底1.有源硅區場氧化層側墻氧化層多晶硅有源硅區3.快速熱退火處理鈦硅反應區4.去除鈦TiSi2形成自對準金屬硅化物的形成本課件是可編輯的正常PPT課件去除表面自然氧化物，淀積金屬Ti或Co退火，Ti與硅發生反應生成TiSi2濕法刻蝕去掉未反應的Ti自對準TiSi2工藝本課件是可編輯的正常PPT課件STITiSi2STISGDTiSi2TiSi2TiSi2減少的方阻減少柵的電阻減少的接觸電阻減少的二極管漏電與自對準硅化物有關的芯片性能問題本課件是可編輯的正常PPT課件要求高導電率，能夠傳道高電流密度1能夠黏附下層襯底，容易與外電路實現電連接2易于淀積經相對低溫處理后具有均勻的結構和組分3經受溫度循環變化，相對柔軟且有好的延展性5提供高分辨率的光刻圖形4作為互連金屬薄膜的要求很好的抗腐蝕性，層與層以及下層器件區有最小的化學反應。6很好的抗機械應力特性，以便減少硅片的扭曲和材料的失效。7本課件是可編輯的正常PPT課件材料熔點(

C)電阻率(

-cm)硅(Si)1412

109摻雜的多晶硅1412

500–525鋁(Al)6602.65銅(Cu)10831.678鎢(W)34178鈦(Ti)167060鉭(Ta)299613–16鉬(Mo)26205鉑(Pt)177210集成電路中常用的材料本課件是可編輯的正常PPT課件可降低互連引線導致的延遲時間可大大提高ULSI的集成密度，進一步提高集成度12多層互連的意義本課件是可編輯的正常PPT課件金屬層PMDIMD接觸孔(contacts)通孔(Via)多層互連的基本結構本課件是可編輯的正常PPT課件器件制備介質淀積平坦化接觸及通孔形成金屬化是否最后一層生長鈍化層結束是否多層互連的工藝流程本課件是可編輯的正常PPT課件刻蝕接觸孔（Contact）淀積鎢多層互連的工藝流程（1）本課件是可編輯的正常PPT課件形成鎢塞及淀積鋁刻蝕鋁多層互連的工藝流程（2）本課件是可編輯的正常PPT課件層間介質（IMD）淀積刻蝕通孔（Via）多層互連的工藝流程（3）本課件是可編輯的正常PPT課件形成第二層鎢塞及淀積鋁刻蝕鋁多層互連的工藝流程（4）本課件是可編輯的正常PPT課件淀積IMD2刻蝕Via2多層互連的工藝流程（5）本課件是可編輯的正常PPT課件淀積Metal3淀積IMD3多層互連的工藝流程（6）本課件是可編輯的正常PPT課件鋁用作傳統的互聯金屬線。歐姆接觸是硅和互連金屬之間的低阻接觸。金屬化淀積的金屬薄膜，在芯片上形成了互連金屬線和接觸孔或通孔連接。12鋁也常和銅形成合金最大程度地解決電遷徒穩定性問題，銅的含量在0.5％～4％之間4銅和具有低K值的介質聯合使用將減小芯片的互連延遲。3金屬互連的幾個重要問題（1）本課件是可編輯的正常PPT課件金屬互連的幾個重要問題（2）硅化物是難熔金屬和硅形成的合金，用于減小接觸電阻和附著。連接金屬時常使用阻擋層金屬，不同的阻擋層金屬是否具有合適的特性取決于應用。56自對準硅化物是一種特殊的硅化物，它被用于對準源、漏和柵結構。7本課件是可編輯的正常PPT課件謝謝！本課件是可編輯的正常PPT課件集成電路制造工藝

--二氧化硅的熱氧化機理

本課件是可編輯的正常PPT課件第二章薄膜制備薄膜生長------熱氧化薄膜制備--物理氣相淀積半導體生產中常用的薄膜本章要點薄膜制備—外延生長薄膜制備--化學氣相淀積本課件是可編輯的正常PPT課件薄膜制備薄膜生長襯底的表面材料參與反應，是薄膜的形成部分元素之一，如硅的氧化反應。薄膜淀積薄膜形成的過程中，并不消耗襯底的材料，而是在系統中生成了所需要的薄膜物質淀積在襯底上形成薄膜，如PVD，CVD本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化：高溫下，潔凈的硅片與氧化劑反應生成一層SiO2膜氧元素硅片提供硅原子二氧化硅高溫§2.2.1二氧化硅的熱氧化機理熱氧化的含義本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化的特點高溫：900~1200℃，氧化劑：水或者氧氣條件工藝簡單、操作方便、氧化膜質量最佳、膜的穩定性和可靠性好，還能降低表面懸掛鍵，很好的控制界面陷阱和固定電荷特點本課件是可編輯的正常PPT課件氧化反應始終發生在Si/SiO2的界面處硅O2orH2O硅O2orH2O反應方程式：Si+O2

SiO2

；或Si＋H2O

SiO2＋H2熱氧化反應式本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化反應過程本課件是可編輯的正常PPT課件由于氧化時加入了氧原子，所以體積增加0.44體積Si1體積SiO2SiO2表面原始的Si表面硅襯底SiO2氧化后的襯底表面體積的變化1個單位厚度的Si可生成2.2個單位厚度的二氧化硅本課件是可編輯的正常PPT課件CSi=5.0

1022cm-3CSiO2=2.2

1022cm-3dSi/dSiO2=CSiO2/CSi氧化初始硅表面氧化前SilicondSi44%56%體積的變化分析dSiO2SiO2氧化后SilicondSi/dSiO2=CSiO2/Csi=2.2/5=0.44本課件是可編輯的正常PPT課件反應機理結論

長1um的二氧化硅會消耗0.44um的硅氧化反應始終發生在Si-SiO2界面處，即發生反應的硅來自硅的表面，隨著反應的進行，硅表面的位置向硅內移動。這樣氧化劑中的污染物留在二氧化硅的表面。本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化生長的模型------迪爾格羅夫模型b.氧化劑通過已生成的SiO2層到達Si-SiO2交界面該模型把氧化分成了三個階段a.氧化劑從氣相轉移到已生成的SiO2表面c.氧化劑與硅反應生成SiO2流動氣體SiO2Si熱氧化生長規律本課件是可編輯的正常PPT課件tox2=B(t+τ）當T>1000℃時，

此時氧化膜厚度與時間呈拋物線關系B稱為拋物線速率常數熱氧化生長規律表達式（1）本課件是可編輯的正常PPT課件當T<1000時，此時氧化膜厚度與時間呈線性關系B/A稱為線性速率常數一般氧化溫度均大于1000℃，所以氧化主要呈現拋物線規律。熱氧化生長規律表達式（2）本課件是可編輯的正常PPT課件不同溫度和氧化方式下硅熱氧化速率常數形式溫度（℃）A(μm)B(μm2/min)B/A(μm2/min)τ（min）干氧氧化12000.047.5*10-41.87*10-21.6211000.094.5*10-40.50*10-24.5610000.1651.95*10-40.118*10-222.29200.2350.82*10-40.0347*10-284濕氧氧化12000.051.2*10-22.4*10-1011000.110.85*10-20.773*10-1010000.2260.48*10-2

0.211*10-10水汽氧化12000.0171.457*10-28.7*10-1011000.0830.909*10-21.09*10-1010000.3350.520*10-20.148*10-10本課件是可編輯的正常PPT課件迪爾-格羅夫模型應用

一種模型：氧化層內存在電場，增強擴散；

另一種模型：氧化層中存在50?的微溝道；

τ值校正迪爾-格羅夫模型能精確預計超過300?的氧化生長厚度規律，厚度小于300?時實驗發現干氧氧化要比預計的增加了4倍或更多。

應用柵氧本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化速率的影響因素氧化方法（機制）氧化溫度硅的晶向氧化劑壓力摻雜水平本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化速率的影響因素氧化方式氧化溫度硅片晶向氧化劑壓力摻雜水平干氧氧化最慢，水汽氧化最快溫度越高，速度越快線性階段：（111）比（100）晶向稍快壓力越大，速率越快摻雜濃度越高，速率越快本課件是可編輯的正常PPT課件氧化方法對氧化速率的影響干氧氧化氧化速率很慢，氧化膜結構致密氧化速度快，氧化膜結構疏松。水汽氧化濕氧氧化氧化速度介于干氧和水汽氧化之間水汽氧化速率>濕氧氧化速率>干氧氧化速率本課件是可編輯的正常PPT課件時間較長，T>1000℃時，tox2=B(t+τ）；

B為拋物線速率常數時間較短，T<1000時，

tox=B(t+τ）/A;

B/A線性速率常數熱氧化生長規律表達式本課件是可編輯的正常PPT課件不同溫度和氧化方式下硅熱氧化速率常數形式溫度（℃）A(μm)B(μm2/min)B/A(μm2/min)τ（min）干氧氧化12000.047.5*10-41.87*10-21.6211000.094.5*10-40.50*10-24.5610000.1651.95*10-40.118*10-222.29200.2350.82*10-40.0347*10-284濕氧氧化12000.051.2*10-22.4*10-1011000.110.85*10-20.773*10-1010000.2260.48*10-2

0.211*10-10水汽氧化12000.0171.457*10-28.7*10-1011000.0830.909*10-21.09*10-1010000.3350.520*10-20.148*10-10本課件是可編輯的正常PPT課件溫度和晶向對氧化速率的影響干氧氧化濕氧氧化本課件是可編輯的正常PPT課件氧化劑壓力對氧化速率的影響壓力增強，迫使原子更快的穿越氧化層1高壓氧化，可以降低溫度2相同溫度，速率更快3本課件是可編輯的正常PPT課件摻雜對氧化速率的影響重摻雜的硅比輕摻雜的硅氧化速率要快1拋物線階段，硼摻雜比磷快2線性階段，硼摻雜和磷摻雜差不多3本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件§2.2.2基本的熱氧化方法干氧氧化水汽氧化濕氧氧化熱氧化方法本課件是可編輯的正常PPT課件原理：干燥的氧氣與硅片反應生成SiO2特點：氧化膜結構致密，但氧化速度慢干氧氧化O2+Si=SiO2本課件是可編輯的正常PPT課件原理：水蒸汽與硅片反應氧化膜結構疏松，氧化速度快特點：水汽氧化H2O+Si=SiO2+H2本課件是可編輯的正常PPT課件原理干燥的氧氣通過95℃的水浴，攜帶水蒸汽進入氧化爐和硅片反應。氧化膜質量和氧化速度介于干氧和水汽氧化之間，是主要的熱氧化方式特點濕氧氧化本課件是可編輯的正常PPT課件第一次干氧：膜的結構致濕氧：生成所需的二氧化硅第二次干氧：獲得良好的硅-二氧化硅交界面,使表面干燥，提高和光刻膠的粘附性干-濕-干氧氧化本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件§2.2.3常規熱氧化設備及操作規程臥式爐常規濕氧氧化系統示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件立式氧化爐系統示意圖立式爐本課件是可編輯的正常PPT課件爐內硅片本課件是可編輯的正常PPT課件熱氧化的操作規程氧化前清洗熱氧化工藝氧化后檢查本課件是可編輯的正常PPT課件1號標準洗液SC-1）,2號標準洗液SC-2）爐體及相關設備的清洗維護特別是石英器皿）工藝中的化學藥品的純度硅片的清洗氧化前清洗氧化氣氛的純度氧化工藝介紹本課件是可編輯的正常PPT課件步驟時間（min）溫度（℃）N2凈化氣（slm）N2(slm）工藝氣體O2(slm）工藝氣體HCl(sccm）注釋0

8508.0000待機狀態15850

8.000裝片27.5升溫速率20℃/min

8.000升溫351000

8.000溫度穩定4301000

02.50干法氧化5301000

8.000退火630降溫速率5℃/min

8.000降溫75850

8.000卸片8

850

8.000待機狀態氧化工藝流程本課件是可編輯的正常PPT課件在膜厚儀操作界面上選擇相應測試菜單，選擇測試位置。完成后按下回車，機械臂將測試圓片送入測試腔體。將下料后的測試片或產品片）連片盒在膜厚測試儀上放置好。如測量對象為測試片，設備自動測試圓片。如測量對象為產品片則需要手動滾動位置調整球，調節測量點至相應膜厚區域，調整至正確位置后，按下回車，對該點膜厚進行測量。氧化后的檢驗（1）本課件是可編輯的正常PPT課件記錄各批產品每批一片）的膜厚，包括片內五點的數值，片內五點的平均值、折射率及片內均勻性。只能測控制片時要記錄控制片的完整片號，片內五點的數值，片內五點的平均值及片內均勻性。在管理系統ERP系統）中輸入相應測量數據，并記錄跟蹤產品，將產品送下道工序氧化后的檢驗（2）本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件§2.2.4其他的熱氧化方法摻氯氧化氫氧合成氧化高壓氧化本課件是可編輯的正常PPT課件

界面處的氯能降低固定氧化物電荷

界面處的氯對Na+俘獲和中性化

摻氯氧化能抑制氧化層錯摻氯氧化是在硅熱氧化時添加微量的氯元素，進行二氧化硅膜生長的工藝。生長原理摻氯作用

氯源：HCl,CCl4，一般采用HCl

濃度：一般控制在3-6%

方法：一般和干氧氧化同時進行摻氯工藝摻氯氧化本課件是可編輯的正常PPT課件氫氣和氧氣燃燒生成水。該水的純度比去離子水的純度高得多，使膜的純度高，尤其是Na+沾污少燃燒H2OH2+O2（1）

生長原理：H2與O2的比例必須小于2:1，注意注入器噴口的溫度，以保證在著火點(585℃）以上（2）

工藝注意事項：氫氧合成氧化本課件是可編輯的正常PPT課件（3）生長系統：氫氧合成氧化設備示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件氫氧合成氧化設備與常規熱氧化的區別兩個保險裝置：錯誤比例報警裝置和低溫報警裝置。注入器，這是氫和氧注入合成氧氣的裝置；12本課件是可編輯的正常PPT課件氫氧合成氧化注意事項兩個保險裝置：錯誤比例報警裝置和低溫報警裝置。注入器，這是氫和氧注入合成氧氣的裝置；12本課件是可編輯的正常PPT課件21定期檢查氫氣、氮氣、氧氣氣體管道是否漏氣氧化前檢查注入器噴口前端是否在氫氣的點火溫度以上，是否在石英管界面的中心位置上注意石英管是否蓋緊，不可有泄漏4進行設備調試時，必須充分通以氮氣才能工作5氧化結束要用氮氣排除廢氣，一定要把殘留在爐內的氣體排除干凈。氫氧合成氧化注意事項3本課件是可編輯的正常PPT課件特點與常壓相比，氧化速度更快能提高氧化膜的質量，氧化膜的密度加大種類高壓干氧氧化高壓水汽氧化氫氧合成高壓水汽氧化高壓去離子水注入式水汽氧化高壓氧化本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件§2.2.5硅-二氧化硅系統電荷界面陷阱電荷氧化層固定電荷氧化層陷阱電荷可動離子電荷本課件是可編輯的正常PPT課件界面陷阱電荷：Qit氧化層陷阱電荷：Qot氧化層固定電荷：Qf可動離子電荷：Qm硅-二氧化硅系統電荷本課件是可編輯的正常PPT課件界面陷阱電荷含義：二氧化硅-硅界面處沒有被消除的懸空共價鍵構成了界面陷阱電荷原因：硅在氧化時，表面的不飽和鍵轉變成二氧化硅有些依然沒有飽和。結果：界面陷阱電荷可以是施主能級也可以是受主能級，還可以是少子的復合中心，容易造成界面載流子的變化，導致界面特性不穩定。本課件是可編輯的正常PPT課件比色法干涉法橢偏法界面陷阱電荷解決方法：干氧氧化：具有較高的界面太密度，可加入少量水汽減少界面太密度。濕氧氧化：界面太密度加大，氧化后可在氫、氮氣或者惰性氣氛下低溫退火減少界面太密度。本課件是可編輯的正常PPT課件氧化層固定電荷含義：氧化層中的固定電荷帶正電。原因：硅-二氧化硅界面處氧離子不足而出現的氧空位引起的。結果：正電荷會吸引硅一側的負電荷，嚴重時引起硅的反型，對MOS器件，嚴重影響表面特性和閾值電壓的穩定性。解決方法：表面器件采用（100）晶面的單晶材料，因為（100）晶面的固定電荷和界面態密度比較小。本課件是可編輯的正常PPT課件氧化層陷阱電荷數值：二氧化硅-硅界面處沒有被消除的懸空共價鍵構成了界面陷阱電荷109-1013/cm2原因：高能電子、離子、電磁輻射或者其他輻射掃過帶有二氧化硅的表面產生，或者由熱電子注入產生。本課件是可編輯的正常PPT課件比色法干涉法橢偏法氧化層陷阱電荷解決方法：選擇適當的氧化條件改善二氧化硅結構，如1000℃的干氧氧化；惰性氣體中進行退火，減少電離輻射陷阱；采用抗輻射介質膜本課件是可編輯的正常PPT課件比色法干涉法橢偏法可動離子電荷數值：Na+電荷可達1012-1015Q/cm2原因：無定型網絡中的調節劑：Na+、K+、Li+等與非橋聯氧以微弱的鍵合力結合。化學試劑、去離子水等引入Na+本課件是可編輯的正常PPT課件結果：100-250℃和正向電壓（106V/cm）作用下，可動電荷被就激活離開陷阱向硅-二氧化硅界面漂移，是界面電荷不穩定，造成MOS器件閾值電壓和雙極型器件電流放大系數、擊穿電壓、反向電流層參數發生變化，導致器件特性退化或者失效。可動離子電荷本課件是可編輯的正常PPT課件比色法干涉法橢偏法可動離子電荷解決方法：摻氯氧化或者用氯清洗爐管等容器；加強工藝衛生，嚴防硅片和一切用具及操作者接觸；采用高純化學試劑，改進清洗方法和步驟采用電子束蒸發或者用鉬絲代替鎢絲做蒸發加熱器用Al2O3-SiO2、Si3N4-SiO2、PSG-SiO2等復合膜代替單一的二氧化硅膜本課件是可編輯的正常PPT課件主要內容§2.2薄膜生長----熱氧化二氧化硅的熱氧化機理基本的熱氧化方法常規熱氧化設備及操作規程其他的熱氧化生長硅--二氧化硅系統電荷二氧化硅質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件§2.2.6二氧化硅質量檢測厚度檢測氧化層電荷檢測氧化層晶格質量檢測本課件是可編輯的正常PPT課件比色法干涉法橢偏法利用反射光1和2的光程差滿足一定條件時出現干涉現象，干涉條紋數與厚度的對應關系來計算利用橢圓偏振光投射到樣品表面，觀察反射光偏振狀態的變化，確定薄膜厚度和折射率利用不同厚度的SiO2膜對白光反射得到不同的干涉色彩的現象來判斷膜厚。氧化層厚度的檢測本課件是可編輯的正常PPT課件1）比色法首先要確定所在的周期，然后根據顏色來判斷SiO2本身是一種無色透明的介質，之所以出現各種顏色，是由于光的干涉注意：特點：方便，迅速，但帶有一定的主觀因素，測量精度不夠。本課件是可編輯的正常PPT課件顏色氧化層厚度(10-8cm）第一周期第二周期第三周期第四周期灰色100黃褐色300藍色800紫色1000275046506500深藍色1500300049006800綠色1850330052007200黃色2100370056007500橙色225040006000紅色250043006500本課件是可編輯的正常PPT課件2）光學干涉法

其中：d為氧化層的厚度

λ為入射光的波長

nox為SiO2的折射率N為干涉條紋數本課件是可編輯的正常PPT課件計算公式：其中：d為氧化層的厚度為入射光的波長

SiO2的折射率N為干涉條紋數本課件是可編輯的正常PPT課件含義：利用橢圓偏振光照射到被測樣品表面，觀測反射光偏振狀態的改變，從而測定樣品固有的光學常數或者樣品上膜層的厚度。3）橢圓偏振法本課件是可編輯的正常PPT課件原理：激光光源，常用氦-氖激光器發出的單色自然光，起偏后變成線偏振光，再經過1/4波片后變成橢圓偏振光。這束橢圓偏振光在樣品表面反射后，光的偏振狀態如振幅和相位都發生了變化，變化的情況與介質膜的厚度及折射率有關。通過調節起偏器和檢偏器的角度，產生消光狀態，由消光狀態即可得到膜的性質。3）橢圓偏振法本課件是可編輯的正常PPT課件特點及應用：橢圓偏振光的測量精度高，能同時測出膜的厚度和折射率，而且是一種非破壞性的測試方法。測量范圍可以從0.1到幾個μm測量介質薄膜如二氧化硅，氮化硅、氧化鋁等3）橢圓偏振法本課件是可編輯的正常PPT課件2.氧化層的缺陷檢測表面缺陷：斑點、白霧、發花、裂紋氧化層錯圖體內缺陷：層錯、針孔本課件是可編輯的