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工艺集成 金属化与多层互连 金属化材料可分为三大类: 互连材料 接触材料 MOSFET栅电极材料 布线技术 电迁移现象：在大电流密度作用下金属化引线的质量输运现象。 金属化引线的电迁移现象，在负极附近易形成空洞,正极附近易形成小丘。 多层互联 双大马士革法 [{"url":"https://webp.esing.dev/img/ch12工艺集成%20-%200027_2023-6-1_0931_jkkj6xw4re.png","alt":""},{"url":"https://webp.esing.dev/img/ch12工艺集成%20-%200028_2023-6-1_0931_cjqljg0liq.png","alt":""},{"url":"https://webp.esing.dev/img/ch12工艺集成%20-%200029_2023-6-1_0931_ibiwfdvd33.png","alt":""},{"url":"https://webp.esing.dev/img/ch12工艺集成%20-%200030_2023-6-1_0931_s ...

刻蚀技术 概述 刻蚀是利用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。因此，刻蚀过程中光刻胶层起着有效保护下面的膜层不受浸蚀的作用。 理想刻蚀的特点 各向异性刻蚀,即只有垂直刻蚀,没有横向钻蚀。这样才能保证精确地在被刻蚀的薄膜上复制出与抗蚀剂上完全一致的几何图形； 良好的刻蚀选择性，即对作为掩膜的抗蚀剂和处于其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多，以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性，不致因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料； 加工批量大，控制容易,成本低，对环境污染少，适用于工业生产。 湿法刻蚀 湿法刻蚀是化学腐蚀，晶片放在腐蚀液中（或喷淋），通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面薄膜图形。 三个基本步骤： 反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面。 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，并随溶液排出。在这三个步骤中，一般进行最慢的是反应物与被刻蚀薄膜反应的步骤，也就是说，步骤的进行速率即是刻蚀速率。 优点：对特定薄膜材料的刻蚀速率远远大于对其他材料的刻蚀速率，从而提高刻蚀的选 ...

光刻技术 光刻掩模版的制造 制版工艺简介 掩膜版上保护膜：使外来物品无法聚焦在晶片上。 铬版的制备技术 由于金属铬膜与相应的玻璃衬底有很强的粘附性能，因此牢固度高，而且金属铬质地坚硬，使得铬版非常耐磨，使用寿命很长。 图形失真小，分辨率极高。 铬膜的光学密度大，0.08μm厚的铬膜就可达到4μm乳胶膜的光学密度，由于衬底是透明玻璃，所以反差极好。 铬版掩模经长时间使用，其图形的尺寸变化较少而且制作时出现的缺陷很少。 彩色版制备技术 彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模，因有颜色，即俗称彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。 彩色版种类很多，有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化亚铜版等，目前应用较广的是氧化铁彩色版。 氧化铁彩色版的优点： 在观察光源波长下是透明的，而在曝光光源波长下是不透的。由于这一特性，掩模对可见光透明而阻挡紫外线通过，因而允许在光刻时通过掩模直接观察片子上的图形。 具有较低的反射率，在接触曝光时，由于掩模与片子之间的多次反射从而降低了铬掩模的有效分辨率，由于氧化铁掩模的反射率低，与正性胶配合能获得0.5~1μm的条宽 ...

光刻工艺 概述 光刻(photolithography)就是利用光刻胶的感光性和耐蚀性，在各种薄膜上复印并刻蚀出与掩摸版完全对应的几何图形，以实现选择性掺杂和金属布线的目的。是一种非常精细的表面加工技术，在芯片生产过程中广泛应用。 光刻精度和质量将直接影响器件的性能指标，同时也是影响制造成品率和可靠性的重要因素。 光刻系统的主要指标：分辨率、焦深、对比度、特征线宽控制、对准和套刻精度、产率以及价格。 基本光刻工艺流程 九大步骤：底膜处理、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、显影检验、刻蚀、去胶、最终检验。 曝光 正胶&负胶： 第十章 坚膜 坚膜温度要高于前烘和曝光后烘烤温度 光刻技术中的常见问题 光刻过程中，常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺陷。 浮胶 浮胶就是在显影和腐蚀过程中，由于化学试剂不断侵入光刻胶膜与SiO2或其他薄膜间的界面，所引起的光刻胶图形胶膜皱起或剥落的现象。所以，浮胶现象的产生与胶膜的黏附性有密切关系。 显影时产生浮胶的原因有： 涂胶前基片表面沾有油污，水汽，使胶膜与基片表面粘附不牢。 光刻胶配制有误或胶液陈旧，不纯，胶的光化学反应性能不好，与 ...

物理气相沉积 PVD概述 物理气相淀积（Physical vapor deposition，PVD）是利用某种物理过程实现物质转移，将原子或分子由（靶）源气相转移到衬底表面形成薄膜的过程。 方法：真空蒸发和溅射 用途：PVD常用来制备金属薄膜:如Al、Au、Pt、Cu、合金及多层金属。 PVD相对于CVD而言工艺温度低,衬底温度可以从室温至几百摄氏度范围；工艺原理简单，能用于制备各种薄膜。但是，所制备薄膜的台阶覆盖特性、附着性、致密性不如CVD薄膜。PVD工艺主要用于芯片制作后期的金属类薄膜的制备，如芯片的金属接触电极，互连系统中的金属布线等。 真空蒸发法制备薄膜的基本原理 真空蒸发，即利用蒸发材料在高温时所具有的饱和蒸汽压进行薄膜制备。 在真空条件下，加热蒸发源，使原子或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸汽流并入射到硅片表面，凝结形成固态薄膜。 制备的薄膜一般是多晶金属薄膜。 真空系统及真空的获得 1atm=760Torr，1Torr=133.3Pa1atm=760Torr，1Torr=133.3Pa1atm=760Torr，1Torr=133.3Pa 真空蒸镀 真空蒸镀(Vacu ...

化学气相淀积 CVD概述 化学气相淀积(Chemical Vapor Deposition,CVD)是把构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气，以合理的流速引入反应室，在衬底表面发生化学反应并淀积薄膜的工艺方法。 淀积的薄膜是非晶或多晶态，衬底不要求是单晶，只要是具有一定平整度，能经受淀积温度即可。 CVD已经在集成电路工艺中得到了广泛的应用，特别是在绝缘介质薄膜，多晶半导体薄膜等宽范围材料的薄膜制备方面，它已经成为首选的淀积方法。 通过CVD工艺制备薄膜时，所有的薄膜成分都是由外部以气相方式带入反应器中，而不像热氧化工艺制备的二氧化硅薄膜中的硅成分来自衬底本身。 CVD工艺原理 基本步骤 反应剂引入到反应室； 反应剂从气相内部扩散到达衬底表面；并在衬底表面附近形成“滞留层”； 反应剂被吸附在硅片表面，并进行化学反应； 在硅片表面成核、生长成薄膜； 反应后的气相副产物排出反应室。 化学反应条件 在淀积温度下，反应剂需有足够高的蒸气压； 除淀积物外，反应的其它物质必须是挥发性； 淀积物本身必须具有足够低的蒸气压； 薄膜淀积所用的时间必须足够短---高效率、低成本； 淀积温度 ...

概述 将离化后的离子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变材料表层的物理或化学性质的工艺称为离子注入。 离子注入特点 优点 浓度与分布可精确控制 同一平面杂质分布非常均匀 不受固溶度限制 纯度高 低温过程 横向效应比气相扩散小得多 可防止玷污，自由度大 缺点 会产生缺陷，甚至非晶化 设备相对复杂、价格昂贵 有不安全因素，如高压、有毒气体 离子注入过程是一个非平衡过程，高能离子进入靶后不断与原子核及其核外电子碰撞，逐步损失能量，最后停下来。停下来的位置是随机的，大部分不在晶格上，因而没有电活性。 离子注入原理 核碰撞 选取电子屏蔽函数：f(ra)=arf(\frac{r}{a})=\frac{a}{r}f(ar​)=ra​ 电子碰撞 电子碰撞指的是注入离子与靶内自由电子及束缚电子之间的碰撞。 注入离子和靶原子周围电子云通过库仑作用，使离子和电子碰撞失去能量，而束缚电子被激发或电离，自由电子发生移动。 注入离子在靶中分布 注入离子在靶内受到的碰撞是随机的，所以杂质分布也是按几率分布的。 离子进入非晶层的分布接近高斯分布。 单晶靶中的沟道效应 沟道（渗透 ...

扩散 扩散机构 扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝对零度时，任何物系内的质点都在作热运动。 杂质在半导体中的扩散是由杂质浓度梯度或温度梯度（物体中两相的化学势不相等）引起的一种 使杂质浓度趋于均匀的定向运动 。 扩散是一种传质过程，宏观上表现出物质的定向迁移。 扩散是一种自然现象，是微观粒子热运动的形式，结果使其浓度趋于均匀。 填隙式扩散（Interstitial） 常见杂质：Na、K、Li、H、AR 替位式扩散（Substitutional） 常见杂质：As，Al，Ga，Sb，Ge 替位原子的运动一般是以近邻处有空位为前题。 室温下，替位式扩散跳跃率约每1045年一次。 B，P，一般作为替代式扩散杂质，实际情况更复杂，包含了硅自间隙原子的作用，称填隙式或推填式扩散。 填隙-替位式扩散 许多杂质既可以是替位式也可以是间隙式溶于晶体的晶格中，并以间隙-替位式扩散，即所谓双扩散机制。 这类扩散杂质的跳跃率随空位和自填隙等缺陷的浓度增加而迅速增加。 常见杂质：大多为过渡元素，如Au、Fe、Cu、Pt 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程 固体扩散的基本特点 固体中明显的 ...

热氧化 二氧化硅薄膜概述 结构 Si-O四面体网络状结构 理化性质 SiO2是最稳定的硅化物，不溶于水，可以耐较强的腐蚀，但是极易和HF反应。 作为掩膜 作为芯片的钝化和保护膜 作为电隔离膜 作为元器件的组成部分 二氧化硅中的杂质 网络形成杂质：B、P 网络改变杂质：Na、K、Ca 五价P掺入网络，使得网络结构更加疏松； 三价B掺入网络，使得网络结构强度增大。 Na、K、Ca、Ba等碱金属、碱土金属进入，使得网络出现更多孔洞，降低熔点，引起其它性能变化。 二氧化硅掩蔽作用 硅衬底上的SiO2用于掩膜实现定域扩散，要求杂质在SiO2层中的扩散深度小于SiO2本身的厚度。 杂质扩散服从余误差分布形式：A=2erfc−1C(x)CsA=2erfc^{-1}\frac{C(x)}{C_s}A=2erfc−1Cs​C(x)​，erfc−1erfc^{-1}erfc−1为误差函数。 取C(x)Cs=10\frac{C(x)}{C_s}=10Cs​C(x)​=10，则最小厚度为：xmin=4.6DSiO2tx_{min}=4.6\sqrt{D_{SiO_2}t}xmin​=4.6DSiO ...