混合微电路技术.ppt

§ 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。 § 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。 ※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。 ※3.1.1 蒸发淀积 蒸发工艺是最早出现的金属淀积工艺。 ※ 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，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。 ※ 3.1.3 射频溅射 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） ※ 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。 ※ 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 ※ 3.2.4 氮化钽工艺 在陶瓷上制造氮化钽电阻/金属、导体电路图形的工艺，大体类似于制造镍铬电阻器的工艺。两种情况都使用对多层金属结构进行选择性刻蚀的光刻技术。工艺上的不同处包括： 氮化钽是用钽在部分氮气气氛中反应溅射淀积，而不是直流溅射或瞬间蒸发。 在氮化钽和金之间，分别用钛和钯作为捆绑层和阻挡层；对镍铬电阻用镍作为阻挡层。 钛和氮化钽是用氢氟酸-硝酸溶液腐蚀，对细线分辨率，也可用溅射反刻。 ※ 3.2.4 氮化钽工艺 氮化钽电阻的两种剖面图如下所示： ※ 3.2.5氮化钽电阻器的性能 氮化钽电阻器在它们的电性能方面类似于镍铬电阻，包括面电阻率、电阻温度系数（TCR）、电阻跟踪和高温老化后的长期阻值漂移，如下表所示。 ※ 3.2.6 陶瓷金属薄膜电阻器 §3.3 光刻材料和工艺 光刻：是指通过曝光和选择性化学腐蚀等工序将掩膜版上 的集成电路图形印制到硅片上的精密表面加工技术。 §3.3 光刻材料和工艺 §3.3 光刻材料和工艺 使用正性或负性光刻胶时用正掩模还是负掩模，有四种可能的组合如下图所示： ※3.3.1