第6章 mems工艺(半导体工艺).pptVIP

三种主要CVD工序的总结和比较 CVD 工艺 压强/温度 通常的淀积速率10-10米/分 优点 缺点 应用 APCVD 100—10kPa 350~400℃ SiO2：700 简单、高速、 低温 覆盖度较差微粒污染 掺杂或非掺杂氧化物 LPCVD 1—8汞柱℃ 550~900℃ SiO2：50—180 Si3N4 ：30—80 多晶硅：30—80 纯度高和均匀性高，晶片容量大 温度高 高淀积速率 掺杂或非掺杂氧化物、氮化物、晶体硅、钨 PECVD 0.2—5汞柱 300~400℃ Si3N4： 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 3.外延沉积 概念： 在单晶体基底生长同样单晶体材料的薄膜 特点： 生长的外延层能与衬底保持相同的晶向 外延速率可控制更加精确 利用外延层可以有效控制准三维结构深度 微电子工业中有几种技术可用于外延沉积 气相外延(VPE) 分子束外延(MBE) 金属有机物CVD(MOCVD) 互补金属氧化物半导体(CMOS)外延 用于外延淀积的反应物气体 反应物 蒸气 正常工艺 温度℃ 正常淀积速率μm/min 需要的能量供给eV SiH4 1000 0.1~0.5 1.6~1.7 SiH2Cl2 1100 0.1~0.8 0.3~0.6 SiHCl3 1175 0.2~0.8 0.8~1.0 SiCl4 1225 0.2~1.0 1.6~1.7 在上页中用SiH4蒸气在硅衬底上生长硅膜 是其中最简单的一种。在约1000℃时，通 过简单的分解可生产硅，如下式所示： 系统示意图 外延生长程序 (1)N2预冲洗260L/min 4min (2)H2预冲洗260L/min 5min (3)升温1 850oC 5min (4)升温2 1170oC 6min (5)HCl排空1.3L/min 1min (6)HCl抛光1.3L/min 3min (7)H2冲洗(附面层) 260L/min 1min 分子束外延（MBE）工艺 一、分子束外延技术 ◆ 分子束外延（MBE）是一种超高真空蒸发技术，广泛用于半导体单晶的沉积。特别是Ⅲ－Ⅴ，Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体和Si，Ge的沉积。也可用于多种金属和金属氧化物。 ◆ 在超高真空（UHV）条件下进行，生长速度非常低，通常在1μm/h左右。 ◆ 超高真空的环境、低温和慢的生长速度，同时給碰撞原子提供了足够时间，使之沿衬底边沿扩散，进入适当的晶格格点，形成完美晶体。 MBE生长室的基本结构示意图 问题： 淀积和外延，什么区别？ 为什么外延出的是单晶，淀积出的是多晶？ 对基底、设备、环境要求如何？ 三、 光刻(Lithography) 定义：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 种类：接触式，接近式，投影式 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：备片?清洗?烘干?甩胶?前烘?对准?曝光?显影?坚膜?腐蚀工艺等?去胶 光刻的目的: 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。 分步重复曝光光学原理图 各种曝光方式的比较 四、 金属化：溅射和蒸发 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 良好的导电性 容易形成良好的欧姆接触 与硅和二氧化硅粘附性好 能用蒸发或溅射的方法形成薄膜 易于光刻，实现图形化 常用金属材料：Al, Au, Ag, 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 1、蒸发 定义：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 真空镀膜机： 真空镀膜室：钟罩、加热器、挡板、底盘 抽气系统：10-5~10-2Pa, 真空泵和扩散泵 真空测量仪器：热偶、热阴极电离、高频火花 蒸发Al工艺 挂置Al丝，清洗并放置硅片 抽真空：机械泵、扩散泵，7?10-3Pa 衬底加热 熔球，预蒸发和蒸发 冷却、取出硅片 合金化，形成欧姆接触。577?C 质量分析 厚度控制和测量：时间控制，电阻法，天平称量 铝膜表面氧化 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 淀积的Al膜纯度高，钠离子玷污少 台阶覆盖性能好 采用红外线加热衬底，工作效率高 缺点：X射线破坏硅表面晶体；