微电子工艺课件

第六章物理气相淀积物理气相淀积（PVD－Physical Vapor Deposition）： 利用某种物理方法使物质由源按一定化学计量比转移到衬底表 面并淀积形成薄膜的过程。

通常用于金属、金属氧化物或其它固 态化合物的淀积。

物理气相淀积一般以单质固态材料为源，采用各种物理方法将 源变为气态，并在衬底表面淀积成膜。

根据固体源气化方式不同， 可以把物理气相淀积技术分为真空蒸发和溅射两种最基本的方法。

物理方法 淀积在固态源气 态衬底表面薄 膜2011-03-2316.1 真空蒸发一、真空蒸发过程及设备真空蒸发：利用固体材料在高温时所具有的饱和蒸汽压进行 薄膜制备的物理气相淀积技术。

主要物理过程：在高真空环境中加热固体蒸发源，使其原子 或分子从蒸发源表面逸出，形成蒸气流并入射到衬底表面，凝结 形成固态薄膜。

真空蒸发又称为热蒸发。

主要应用：制作有源元件、器件的接触及金属互连，高精度 低温度系数薄膜电阻器和薄膜电容器的绝缘介质及电极等。

显著的优点：设备简单，操作简便，淀积薄膜纯度较高，厚 度控制比较精确，成膜速度快以及生长机理简单等等。

明显的缺点：淀积薄膜与衬底附着力较小，工艺重复性不够 理想，台阶覆盖能力较差等等。

2011-03-23 2淀积膜的台阶覆盖（step coverage）保形台阶覆盖：无论衬底表面有什么样的非平坦图形，淀积薄膜 都能保持均匀的厚度，反之称为非保形台阶覆盖。

Lθ膜厚正比于θ = arctanWW L保形覆盖：与淀积膜种类、反应系统类型、淀积条件、图形尺寸等有关。

三种机制：入射、再发射、表面迁移。

2011-03-23 3真空蒸发设备主要 由三部分组成：a. 真空系统：为蒸发 过程提供真空环境； b. 蒸发系统：放置蒸 发源以及对蒸发源加 热和测温的装置； c. 基板及加热系统： 放置衬底以及对衬底 加热和测温的装置。

真空蒸发法制备薄膜的过程包含以下几个连续的步骤： a. 加热蒸发过程：对蒸发源进行加热，使其温度接近或达到 蒸发材料的熔点，此时固态源表面原子容易逸出而转变为蒸气； b. 气化原子或分子在蒸发源与衬底之间的输运过程：原子或 分子在真空环境中由蒸发源飞向衬底，飞行过程中可能与真空室 内残余气体分子发生碰撞，碰撞次数取决于真空度以及源到衬底 间的距离； c. 被蒸发的原子或分子在衬底表面的淀积过程：飞到衬底表 面的原子发生凝结、成核、生长和成膜。

第四章加工环境与基片清洗4.1概述4.2 环境净化4.3 硅片清洗4.4 吸杂4.5 测量方法2局部光散射栅氧化层完整性≫≫ITRS Roadmap成品率每百分之一的提升都有巨大价值！Y randomY systematic Y total 起步阶段20％80％16％上升阶段80％90％72％成熟阶段90％95％86％影响成品率的因素：5!!!......................................¾e负二项模型聚集因子¾微粒金属离子化学物质细菌污染物静电缺陷从哪里来？缺陷：Life time killers1. ¾所有可以落在硅片表面的微小颗粒1 μm2 μm 30μm 100 μm烟尘尘埃指纹印人类毛发最关心颗粒尺寸：可在空气中长时间悬浮¾可移动离子污染物Fe, Cu, Ni,Fe, Cu, Ni,每10亿单位中金属杂质Sodium（Na）50 Potassium（K）50 Iron（Fe）50 Copper（Cu）60 Nickel （Ni）60 Aluminium（Al）60 Magnesium（Mg）60 Lead（Pb）60 Zinc（Zn）60某光刻胶去除剂金属杂质含量与氢原子发生电荷交换，和硅结合而被束缚在其表面。

硅片表面氧化时，进入氧化例write, read 漏放电的峰值电流静电荷在两物体间未经控制地传递，可能损坏芯片；电荷积累产生的电场会吸引带电颗粒或极化并吸引如何控制污染、降低缺陷密度？4.2ISO, FS209E洁净度等级对照19个/M3≥0.5umISO14644-1(1999)US209E(1992)US209D(1988)EECGGMP(1989)FRANCEAFNOR(1981)GERMANYVDI2083(1990)JAPANJAOA(1989)13.520210.0M135.33M1.5113100M23534M2.51024 1,000M33,5305M3.5100A+B4,00035 10,000M435,3006M4.51,0001,00046 100,000M5353,0007M5.510,000C400,00057 1,000,000M63,530,0008M6.5100,000D4,000,00068 10,000,000M7空气洁净大于或等于表中粒径的最大浓度限值(pc/m3)度等级(N)0.1um0.2um0.3um0.5um1um5um11022 （光刻、制版）100241043 （扩散、CVD）10002371023584 （封装、测试）1000023701020352835 （单晶制备）1000002370010200352083229 61000000237000102000352008320293 7352000832002930 8352000083200029300 9352000008320000293000空气初级过滤器鼓风机亚高效过滤器高效过滤器排放口收集口出风口洁净环境洁净室局部净化垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境洁净室（clean room）:泛指集成电路和其它微电子22231、屋顶：复杂的封闭式结构，有两种类型：a. 轧制铝支架加现场制作的静压箱／风道；b. 预制的整体式静压箱／风道加支架。

2离子注入优点掺杂浓度不受杂质源纯度的影响，工艺过程无污染注入晶片中的掺杂原子数精确可控（离子束电流＆注入时间）结深（入射离子能量）、杂质分布可控，突变型杂质分布、浅结非平衡过程，不受杂质固溶度限制，原则上对各种材料均可掺杂低温工艺，掩蔽膜选择余地大、易于实施化合物半导体掺杂垂直入射，横向扩散几乎不存在，有利于器件特征尺寸的缩小缺点会在晶体中引入晶格损伤产率低设备复杂，投资大VVIon sourceAnalyzing magnetPump Resolving aperatureAcceleratorFocusNeutral beam gateNeutral trapX & Y scan platesWaferFaraday cupQ0-30keV0-200keV8.2 离子注入系统离子注入系统：应具备合适的可调能量范围和束流强度，能满足多种离子的注入，有好的注入均匀性以及无污染等性能。

离子注入系统通常分为三部分：离子源、加速器和终端台。

5AsH 3 PH 3 BF 2in 15% H 2, all very toxicFor low E implant no acceleration1. 离子发生器：将含有注入杂质的化合物或单质元素，以气态、光微波射频一、离子源& 提供多大束流强度钨针引出极液态金属（LMIS）低熔点低蒸汽压67磁分析器如果D 大于离子束的宽度加出口狭缝的宽度，则两种质量的离子被分辨开。

当r 大而m 小时，分辨率最高。

⎣⎦m r 2R ~ 1mBF 32线性加速器例如，如果一个正电荷离子经过电势差加速管温度：室温四极透镜结构及场分布静电离子束扫描大束流机机械扫描2. 扫描系统：通常离子流截面较小（约在mm2 量级），且密度和能量分布不均匀。

因此，必须利用扫描方式，使离子流均匀地扫过晶片表面，以达到均匀注入的目的。

3. 靶室：实际的离子注入发生在靶室内，也称为终端舱室。