《集成电路制造工艺》高职全套教学课件

集成电路制造工艺

--课程介绍

全套可编辑PPT课件

本课件是可编辑的正常PPT课件什么是微电子？microelectronics电子学微电子学通常以微米(

m,106m)和纳米(nm,10-9m)为单位的核心是集成电路。本课件是可编辑的正常PPT课件50

m70-100

m头发丝粗细

30

m1

m

1

m(晶体管的大小)30~50

m(皮肤细胞的大小)本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路（IC，IntegratedCircuit）本课件是可编辑的正常PPT课件知识能力素质具备工艺设备操作、工艺检测、工艺分析的能力，具备一定的工艺流程设计和工艺管理能力团队协作创新素质耐心细致爱岗敬业熟悉半导体集成电路制造工艺流程，掌握各工序工艺原理，工艺参数检测和工艺质量分析方法。微电子技术专业的核心课程本课程性质与任务本课件是可编辑的正常PPT课件

CMOS倒相器制造工艺流程（提升模块）薄膜制备掺杂光刻刻蚀平坦化核心模块（芯片制造）拓展模块材料提供芯片组装洁净技术

硅外延平面晶体管双极型IC倒相器制造工艺流程（基础模块）本课程教学内容本课件是可编辑的正常PPT课件教材名称主编出版社《集成电路制造工艺》孙萍电子工业出版社《半导体工艺》张渊机械工业出版社《芯片制造-半导体工艺制程使用教程》PeterVanZant电子工业出版社《半导体制造技术》夸克电子工业出版社《超大规模集成电路工艺技术：理论、实践与模型》JamesD.Plummer等电子工业出版社本课程主要参考教材本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路制造工艺

--集成电路工艺发展历史本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路制造工艺发展的历史器件和电路制造工艺流程本课程的框架第一章集成电路制造工艺发展与工艺流程本章要点本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路制造工艺发展的历史器件和电路制造工艺流程本课程的框架第一章集成电路制造工艺发展与工艺流程本章要点本课件是可编辑的正常PPT课件123t1906年，第一个电子三极管1946年第一台计算机1947年，贝尔实验室第一个晶体管1959年，第一个集成电路41971年第一个微处理器§1.1集成电路工艺发展历史5本课件是可编辑的正常PPT课件PN结的制备方法--生长法--合金法----扩散法----平面工艺集成度，特征尺寸，芯片和硅片尺寸发展分立器件的发展集成电路的发展本课件是可编辑的正常PPT课件生长法：在单晶材料生长的过程中形成PN结一.

分立器件的发展扩散法：杂质在高温下、浓度梯度驱使下渗透进半导体材料平面工艺：氧化、光刻和扩散工艺，在硅表面进行选择性扩散，制备平面晶体管。合金法：两种材料加热形成合金本课件是可编辑的正常PPT课件一.

分立器件的发展本课件是可编辑的正常PPT课件合金结结型晶体管示意图本课件是可编辑的正常PPT课件台面型结型晶体管示意图本课件是可编辑的正常PPT课件硅平面结型晶体管示意图本课件是可编辑的正常PPT课件1.集成电路的分类

数字集成电路

模拟集成电路

数模混合集成电路

微波集成电路

其他集成电路

半导体集成电路薄、厚膜集成电路

混合集成电路

二.集成电路的发展集成电路按器件结构分按工艺分按功能分按集成规模分双极型集成电路

MOS集成电路

CCDMOS集成电路传感器、换能器集成电路BICMOS集成电路小规模集成电路

中规模集成电路

大规模集成电路

超大规模集成电路

甚大规模集成电路

巨大规模集成电路

本课件是可编辑的正常PPT课件2.集成电路的发展方向电路集成半导体产业周期每个芯片上的元器件数小规模集成电路SSI20世纪60年代前期2~50中规模集成电路MSI20世纪60年代到70年代前期20~5000大规模集成电路LSI20世纪70年代前期到70年代后期5000~100000超大规模集成电路VLSI20世纪70年代后期到80年代后期100000~1000000甚大规模集成电路ULSI20世纪90年代后期至今大于1000000

（1）集成规模越来越大本课件是可编辑的正常PPT课件（2）特征尺寸--CD越来越小时间点2005200620072008200920102011201220132014201520162017CD（nm）655545403228222014121087世界集电路硅片特征尺寸演进趋势CD(CriticalDimension)：集成电路中半导体器件的最小尺寸，是衡量集成电路设计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。本课件是可编辑的正常PPT课件（3）芯片尺寸和硅片直径越来越大75mm100mm125mm150mm200mm300mm本课件是可编辑的正常PPT课件摩尔定律

1965年Intel公司的创始人之一GordonE.Moore预言集成电路产业的发展规律

摩尔定律：集成电路的晶体管的集成度每18个月翻一番。特征尺寸每36个月缩小1/本课件是可编辑的正常PPT课件谢谢！本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路制造工艺----分立器件和集成电路制造工艺流程简介

本课件是可编辑的正常PPT课件第一章集成电路制造工艺发展与工艺流程集成电路制造工艺发展的历史器件和电路制造工艺流程本课程的框架本章要点本课件是可编辑的正常PPT课件§1.2分立器件和集成电路制造工艺流程简介硅锭切片、磨片、抛光硅片测试································芯片组装打印包装入库成测································经过二十-三十道工序芯片制造awaferachip芯片分割本课件是可编辑的正常PPT课件本课件是可编辑的正常PPT课件N+-subN-epiSiO2PN+BBEC一.硅外延平面晶体管的前道工艺流程衬底制备外延一次氧化基区光刻基区制备发射区光刻发射区扩散三次氧化电极制备二次氧化引线孔光刻本课件是可编辑的正常PPT课件1.集成电路的概念集成电路：IntegratedCircuit，缩写IC通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的复杂电子系统。二.双极型集成电路工艺流程本课件是可编辑的正常PPT课件N--epi)(P+()P+SiO2P-subN+P+N+N+EBC2.双极型集成电路工艺流程衬底制备埋层氧化、光刻、扩散去除氧化层外延隔离氧化、光刻、扩散基区氧化、光刻发射区及欧姆接触光刻发射区、欧姆接触扩散电极制备基区扩散及发射区氧化引线孔氧化、光刻本课件是可编辑的正常PPT课件P－SUBN－－EPI（1）隔离工艺2.双极集成电路特有工艺P＋P＋N＋本课件是可编辑的正常PPT课件PNNP＋P＋P－SUBN＋（2）

埋层工艺本课件是可编辑的正常PPT课件思考：双极集成电路与晶体管的工艺流程有哪些不同？为什么？本课件是可编辑的正常PPT课件谢谢！本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路制造工艺

--常见的半导体薄膜

本课件是可编辑的正常PPT课件薄膜生长------热氧化薄膜制备--物理气相淀积第二章薄膜制备半导体生产中常用的薄膜本章要点薄膜制备—外延生长薄膜制备--化学气相淀积本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1半导体生产中常用的薄膜将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容等元件及其连线全部用<0.1µm的薄膜制成集成电路薄膜集成电路将整个电路的晶体管、二极管、电阻、电容等元件及其连线全部用>0.1µm的薄膜制成集成电路厚膜集成电路集成电路分类本课件是可编辑的正常PPT课件良好的台阶覆盖能力良好的粘附性高的深宽比填充结构完整，厚度均匀应力小薄膜的特性本课件是可编辑的正常PPT课件台阶覆盖本课件是可编辑的正常PPT课件高的深宽比：高度/宽度数值很大深宽比填充本课件是可编辑的正常PPT课件应变材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变（Strain）。应力材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力（Stress）应力本课件是可编辑的正常PPT课件薄膜在衬底上生长的一层固体物质，很薄。举例MOS的栅氧化层，金属薄膜薄膜的含义本课件是可编辑的正常PPT课件作为掺杂杂质的阻挡层，金属前绝缘介质、金属层间介质、钝化层等绝缘介质膜作为外延层、高阻、栅等半导体膜连接作用，接触作用，阻挡作用，抗反射作用金属膜薄膜的分类本课件是可编辑的正常PPT课件常见的绝缘介质薄膜绝缘介质二氧化硅氮化硅掺杂二氧化硅§2.1.1半导体生产中常用的绝缘膜本课件是可编辑的正常PPT课件Si-O四面体二氧化硅的结构Si-O四面体，每个四面体硅和氧原子比例为：1:2每个氧原子连接两个硅原子。本课件是可编辑的正常PPT课件二氧化硅的结构二氧化硅平面结构二氧化硅立体结构本课件是可编辑的正常PPT课件SiO2基本结构Si-O四面体SiO2结构种类结晶型无定型特点四面体有规则地排列，网络致密四面体无规则地排列，网络中存在不规则的孔洞例石英热氧化生长的SiO2二氧化硅结构的种类本课件是可编辑的正常PPT课件结晶型SiO2无定型SiO2二氧化硅结构的种类注意：自然氧化层：40Å本课件是可编辑的正常PPT课件桥联氧Si-O-Si非桥联氧Si-O-桥联氧原子浓度越高，网络的强度越强，非桥联氧浓度越高，网络的强度越弱。SiO2网络中的氧本课件是可编辑的正常PPT课件在非本征网络中，根据杂质在网络中所处的位置不同，杂质可分为：代（替）位式杂质、间隙式杂质本征网络：网络中不含杂质非本征网络：网络中含有杂质SiO2中的杂质本课件是可编辑的正常PPT课件代位式杂质—网络形成剂间隙式杂质—网络调节剂SiO2中的杂质分类本课件是可编辑的正常PPT课件常见的代位式杂质：B、P等原子在硅氧四面体中能取代硅原子，构成网络的一类杂质。杂质原子的半径与硅原子半径接近或更小。代位式杂质代位式杂质，作为网络的形成剂123本课件是可编辑的正常PPT课件SiO2中的杂质几种杂质原子的半径代位式杂质结构本课件是可编辑的正常PPT课件a：当网络中掺入IIIA族元素，如B时，非桥联氧数目减少，网络的强度增强。b：当网络中掺入VA族元素，如P时，非桥联氧数目增多，网络的强度减弱。代位式杂质对网络强度的影响本课件是可编辑的正常PPT课件P5+通常是以P2O5的形式进入SiO2网络，P将替代Si的位置，形成P-O四面体。Si--O四面体代位式杂质对网络强度的影响--以掺入P5+为例本课件是可编辑的正常PPT课件P2O52(PO2）++[O=]代位式杂质对网络强度的影响--以掺入P5+为例代位式杂质的条件？分析B杂质是怎样影响网络强度的呢？本课件是可编辑的正常PPT课件定义间隙式杂质--网络的变形者（调节者）处于硅氧四面体间隙中孔洞位置的一类杂质。杂质原子的特点杂质原子的半径较大。实例Na、K、Pd、Ga等。对网络强度的影响该类杂质一般以金属氧化物的形式进入网络，会使网络的非桥联氧增多，因而会削弱网络的强度。间隙式杂质本课件是可编辑的正常PPT课件行为类似于间隙式杂质，使网络的强度减弱。网络中的水汽本课件是可编辑的正常PPT课件常见的一些物理参数：密度、折射率、电阻率、介电常数、介电强度。注意：SiO2是玻璃体，没有固定的熔点，只有软化温度为15000C.二氧化硅的性质—物理性质本课件是可编辑的正常PPT课件与酸的反应：SiO2+4HF=SiF4+2H2OSiF4+2HF=H2[SiF6]六氟硅酸络合物与碱的反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O与Al的反应：4Al+3SiO2=2Al2O3+3Si二氧化硅的性质—化学性质本课件是可编辑的正常PPT课件磷硅玻璃PSG(Phospho-silicateGlassPSG）缺点:易吸附水汽

作为半导体元器件的保护层

用来吸收、固定Na+和其他可动金属电荷

覆盖无源层,给无源层提供机械保护通过热熔流，提高整个硅片表面的平坦化作用磷硅玻璃本课件是可编辑的正常PPT课件

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

作为绝缘膜

用于平坦化硼磷硅玻璃本课件是可编辑的正常PPT课件二氧化硅在半导体生产中的应用作为杂质选择扩散的掩蔽膜作为器件表面的保护和钝化膜作为电容器材料作为MOS场效应管的绝缘栅材料作为集成电路隔离介质作为器件和电路的绝缘介质本课件是可编辑的正常PPT课件N+SiO2二氧化硅作为选择性扩散的掩蔽膜N-BBBBPXj本课件是可编辑的正常PPT课件A.掩蔽作用--膜能阻挡杂质向半导体中扩散的能力a.杂质在SiO2中并不是不扩散，只是扩散系数较小b.并不是所有的杂质都能用SiO2来掩蔽如Al，Ga，In等杂质在SiO2中的扩散系数比在Si中大，不能用SiO2来掩蔽）本课件是可编辑的正常PPT课件例：0.1%的B源，3%的P源所以：DSi/DSiO2≈300,差2-3个数量级。当T=1200℃，B杂质，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本课件是可编辑的正常PPT课件B.掩蔽条件：扩散系数（D）

SiO2«Dsi

SiO2具有足够的厚度杂质在SiO2中的扩散长度可由下式计算：本课件是可编辑的正常PPT课件二氧化硅作为器件的保护和钝化膜目的：在晶圆表面覆盖一层保护介质膜，以防止表面污染本课件是可编辑的正常PPT课件二氧化硅用作电容器材料导电板导电板绝缘介质本课件是可编辑的正常PPT课件二氧化硅用作栅氧栅N型衬底二氧化硅本课件是可编辑的正常PPT课件二氧化硅用作隔离介质

P+

N+N+BECWBP+

N+N+BECWBP衬底

SiO2N外延P-P-隔离

SiO2本课件是可编辑的正常PPT课件SiO2SiO2SiO2P-外延层P阱P阱二氧化硅用作隔离介质V型槽介质隔离MOS中的场氧隔离本课件是可编辑的正常PPT课件典型二氧化硅的厚度（Å）

栅氧（

工艺）20-60电容器电介质5-100掺杂掩蔽的氧化物400-1200LOCOS（局部氧化隔离）氧化工艺200-500场氧2500到15000不同应用下二氧化硅的厚度本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.1半导体生产中常用的绝缘膜常见的绝缘介质薄膜绝缘介质二氧化硅氮化硅掺杂二氧化硅氮化硅陶瓷球本课件是可编辑的正常PPT课件氮化硅的结构白色粉状晶体，化学式：Si3N4正八面体，2个顶是Si，四个N中间平面的4个点，4个N产生的平面的中心是第3个Si了。每个Si都连着四个N，每个N都连着3个硅，N-N之间没有连接本课件是可编辑的正常PPT课件氮化硅的晶体结构三方：α-Si3N4六方：β-Si3N4立方：γ-Si3N4紫色圆球是氮原子，灰色圆球是硅原子本课件是可编辑的正常PPT课件氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料；高强度，耐高温；本身具有润滑性，耐磨损，原子晶体高温时抗氧化；能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。耐化学腐蚀：在浓强酸溶液中缓慢水解生成铵盐和二氧化硅；易溶于氢氟酸，与稀酸不起作用。电绝缘性能高氮化硅的性质本课件是可编辑的正常PPT课件电子级的氮化硅薄膜是通过化学气相淀积或者等离子体增强化学气相淀积技术制造的氮化硅的制备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)本课件是可编辑的正常PPT课件氮化硅的作用作为杂质扩散的掩蔽膜作为钝化膜作为局部氧化的掩蔽膜作为杂质与缺陷的萃取本课件是可编辑的正常PPT课件氮化硅作为杂质扩散的掩蔽膜

对B、P、As杂质Si3N4的掩蔽能力更强Al、Ga、In等杂质的迁移和扩散不能用SiO2作掩蔽膜，只能用Si3N412

掩蔽膜更薄4

光刻精度更高3本课件是可编辑的正常PPT课件

Si3N4/SiO2/Si，改善Si3N4-Si直接的大应力Si3N4对H2O和Na+有强烈的阻挡作用12

Si3N4有效阻挡H2O和O2的迁移4

电阻率比SiO2略小，更耐击穿，散热好3氮化硅作为钝化膜本课件是可编辑的正常PPT课件

利用Si3N4有效阻挡H2O和O2的迁移，使得抗氧化能力比Si大约100倍，用作MOS器件场氧化层制作时的LOCOS工艺（局部硅氧化）氮化硅作为局部氧化掩蔽膜本课件是可编辑的正常PPT课件氮化硅作为杂质与缺陷的萃取源Si3N4-Si之间界面缺陷密度大，有很大应力，高温下，硅形成位错，依靠位错将杂质和缺陷萃取出来1

如果Si3N4靠近有源区，作为介质层或者钝化膜，会影响载流子的迁移率，影响性能，甚至龟裂。2本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.2半导体生产中常用的半导体膜常见的半导体薄膜半导体膜硅锗砷化镓本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.2半导体生产中常用的半导体膜常见的半导体薄膜半导体膜硅锗砷化镓本课件是可编辑的正常PPT课件硅的结构Si，14号，深灰色、带蓝色调立方体（金刚石型）结构共价键结合本课件是可编辑的正常PPT课件随温度升高，电导率增大，1480℃左右达到最大，超过1600℃后又随温度的升高而减小；与单质反应：Si+O₂==SiO₂，Si+2F₂==SiF₄Si+2Cl₂==SiCl₄高温真空条件下可以与某些氧化物反应：2MgO+Si==Mg(g)+SiO₂与酸反应：只与氢氟酸反应：Si+4HF==SiF₄↑+2H₂↑与碱反应：Si+2OH⁻+H₂O==SiO₃²⁻+2H₂↑（如NaOH，KOH）硅的性质本课件是可编辑的正常PPT课件单晶硅多晶硅无定型硅硅的分类晶体硅纳米硅集成电路硅片晶体硅本课件是可编辑的正常PPT课件多晶硅的性质熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。熔点1410℃，沸点2355℃溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸室温下质脆，切割时易碎裂加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应，熔融状态活性大本课件是可编辑的正常PPT课件多晶硅的用途

形成浅结扩散源

使得阈值电压下降，提高开关速度多晶硅栅高值电阻

太阳能电池形成单晶硅的基本材料太阳能电池本课件是可编辑的正常PPT课件单晶硅的结构与性质金刚石晶格，晶体硬而脆，金属光泽，导电能力且随着温度升高而增加，具有半导体性质。熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅形成单晶硅性质

在半导体生产中主要用作外延层单晶硅应用本课件是可编辑的正常PPT课件单晶硅用作外延层分立器件中外延层集成电路中外延层本课件是可编辑的正常PPT课件锗的性质和用途性质稳定，常温下不与空气或水蒸汽作用，600～700℃，生成二氧化锗。与盐酸、稀硫酸不起作用。锗粉末状呈暗蓝色，结晶状，为银白色脆金属。原子排列与金刚石差不多12第一代半导体材料，熔点比硅低，禁带宽度约0.66eV（硅为1.11eV）3本课件是可编辑的正常PPT课件砷化镓的性质与用途Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，可以制成半绝缘的高阻单晶衬底GaAs中的电子在低电场下的迁移率较高，且易于生长成异质结构，有利于制造出超高速的晶体管与集成电路属于直接带隙型半导体材料，制作各种半导体发光器件本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.3半导体生产中常用的金属膜常见的金属薄膜金属膜铝铜钨钛及硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.3半导体生产中常用的金属膜常见的金属薄膜金属膜铝铜钨钛及硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件

在基区和发射区、栅区及有源区形成欧姆接触

将IC里的各元件连起来，形成一个功能完善

而强大的IC。连接作用接触作用

阻挡Al与Si的互溶，防止结的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻挡作用导电膜在半导体生产中的应用本课件是可编辑的正常PPT课件铝的性质地壳中的含量丰富（第三），便宜，银白色轻金属，有延展性熔点660℃

，沸点2327℃化学性质活泼，易氧化，在干燥空气中铝的表面立即形成厚约50Å（埃）良好的导电性和导热性（20℃，电阻率2.65µΩ·cm）在硅和二氧化硅中有高的扩散率易淀积，易刻蚀与二氧化硅粘附型好本课件是可编辑的正常PPT课件铝的用途导热和导电能力应用于互连引线。比较软，可制成各种铝合金12保护膜，反射镜，金属陶瓷，炸药等3本课件是可编辑的正常PPT课件12铝容易淀积，容易刻蚀3与硅、二氧化硅的粘附性较好纯Al材料的电阻率低,铝在20℃时具2.65µΩ·cm的电阻率）

超大规模集成电路中的铝膜特点本课件是可编辑的正常PPT课件铝金属化中存在的问题铝硅的肖特基接触电迁移铝尖刺本课件是可编辑的正常PPT课件产生原因：铝硅接触时，较多的硅溶入到铝中，在硅中造成较大的空洞，铝就在某些接触点上象尖钉一样刺入到硅中铝尖刺产生的原因本课件是可编辑的正常PPT课件N+PNN+用于欧姆接触

作为电极接触的主要为欧姆接触（N+），肖特基接触（单向导电性）用于一些TTL电路中的箝位二极管铝硅的肖特基接触掺杂浓度>1019/cm3本课件是可编辑的正常PPT课件可以通过高掺杂来形成欧姆接触铝硅的肖特基接触N型硅衬底，掺杂浓度较低时-肖特基接触，当掺杂浓度增加时，电子的隧道穿透几率增加，成为主要的电流传输机构，转为欧姆接触型由于金属和半导体功函数的差和表面势的影响，使得铝硅接触常常呈肖特基接触12本课件是可编辑的正常PPT课件在大电流情况下，铝离子逆着电流方向移动的一种现象。定义

电子与铝原子的相互碰撞引起相互间的动能交换，称之为“电子风”.产生原因阳极：铝离子堆积，易形成小丘，造成两层之间的连线短路.造成结果阴极：铝离子损耗，易形成空洞，造成连线减薄而引起断路。电迁移产生的原因本课件是可编辑的正常PPT课件

结果:阳极：短路。

阴极：断路。电迁移产生的结果本课件是可编辑的正常PPT课件用铝硅合金代替纯铝加入1%重量的硅）

采用金属阻挡层结构铝阻挡层n+n+多晶硅硅化物介质场氧化具有金属阻挡层的铝硅接触

采用高掺杂消除铝硅接触中的肖特基现象铝金属化改进的方法本课件是可编辑的正常PPT课件

采用铝铜或铝硅铜合金来减少电迁移

采用三层夹心结构减少电迁移采用“竹节状”结构减少电迁移本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.3半导体生产中常用的金属膜常见的金属薄膜金属膜铝铜钨钛及硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件

延展性好，导热性和导电性高，铜合金机械性能

优异，电阻率很低，1.75×10-8Ω·m

化学符号Cu，29号，红橙色带金属光泽，单质

紫红色，面心立方，抗磁性12

熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃4

与氧、硫、氯素、酸容易发生化学反应，可做催化剂3铜的性质本课件是可编辑的正常PPT课件铜连线的电阻R比铝连线小1减小功耗2更高的集成密度3减少工艺步骤5良好的抗电迁移能力4铜作为互连线的优点本课件是可编辑的正常PPT课件铜在氧化硅和硅中的扩散系数较快，漏电1难以利用常规等离子体刻蚀出图形2易被氧化，与二氧化硅的黏附性较差3铜作为互连线的缺点本课件是可编辑的正常PPT课件

钨插塞做第一层金属与源、漏、栅区的连接

铜在氧化硅和硅之间加一层阻挡层12在氮气或者惰性其他保护下，不被氧化4双大马士革工艺3铜互连问题采用的方法本课件是可编辑的正常PPT课件铜互连工艺本课件是可编辑的正常PPT课件(1)层间介质淀积，通孔刻蚀(2)阻挡层金属淀积，CVD淀积铜种子层(4)CMP抛光清除多余的铜(3)铜电镀铜双大马士革工艺铜电镀工艺电镀过程中铜离子对已淀积铜表面的轰击，形成一种淀积/刻蚀/淀积的过程，提高其台阶覆盖和沟槽填充能力本课件是可编辑的正常PPT课件铜电镀工具本课件是可编辑的正常PPT课件第一步磨掉晶圆表面的大部分金属；第二步降低研磨速率的方法精磨与阻挡层接触的金属，并通过终点侦测使研磨停在阻挡层上；第三步磨掉阻挡层以及少量的介质氧化物，并用大量的去离子水（DIW）清洗研磨垫和晶圆两侧表面。铜的CMP工艺SiO2用PECVD淀积内层氧化硅铜双大马士革工艺流程--SiO2

淀积本课件是可编辑的正常PPT课件铜双大马士革工艺流程—Si3N4

淀积HDPCVD淀积厚250Å的Si3N4

刻蚀阻挡层Si3N4本课件是可编辑的正常PPT课件铜双大马士革工艺流程--Si3N4

刻蚀SiN干法刻蚀氮化硅，确定通孔图形和阻挡层本课件是可编辑的正常PPT课件铜双大马士革工艺流程--SiO2

淀积SiO2为保留层间介质，PECVD淀积氧化硅本课件是可编辑的正常PPT课件Photoresist铜双大马士革工艺流程—确定互连图形利用光刻确定氧化硅槽图形，带胶。在确定图形之前将通孔窗口放在槽里。本课件是可编辑的正常PPT课件铜双大马士革工艺流程--刻蚀互连槽和通孔在层间介质氧化硅中干法刻蚀沟道，停止在Si3N4层。穿过Si3N4层中的开口继续刻蚀形成通孔窗口。本课件是可编辑的正常PPT课件阻挡层金属铜双大马士革工艺流程--淀积阻挡层金属在槽和通孔的底部及侧壁用离子化的PVD淀积钽(TaN）和氮化钽扩散层。本课件是可编辑的正常PPT课件铜种子层铜双大马士革工艺流程--淀积种子层用CVD.淀积连续的铜种子层，种子层必须是均匀的并且没有针孔。本课件是可编辑的正常PPT课件铜层用电化学淀积(ECD).淀积铜填充，即填充通孔窗口也填充槽。铜双大马士革工艺流程--淀积铜填充本课件是可编辑的正常PPT课件Copper用CMP清除额外的铜，这一过程平坦化了表面并为下道工序做了准备。最后的表面是一个金属镶嵌在介质内，形成电路的平面结构。铜双大马士革工艺流程—CMP清除多余的铜本课件是可编辑的正常PPT课件铝和铜之间特性和工艺的比较特性/工艺AlCu电阻率(

-cm)2.65(3.2forAl-0.5%Cu)1.678抗电迁徒LowHigh空气中抗侵蚀

HighLowCVD工艺YesNoCMP化学机械平坦化工艺YesYes本课件是可编辑的正常PPT课件双大马士革流程覆盖ILD层和CMP氮化硅刻蚀终止层

(光刻和刻蚀)第二层ILD淀积和穿过两层氧化硅刻蚀铜填充铜CMP传统互连流程氧化硅通孔2刻蚀钨淀积+CMP金属2淀积+刻蚀覆盖ILD层和CMP铝互连与铜互连工艺比较本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.3半导体生产中常用的金属膜常见的金属薄膜金属膜铝铜钨钛及硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件

在基区和发射区、栅区及有源区形成欧姆接触

将IC里的各元件连起来，形成一个功能完善

而强大的IC。连接作用接触作用

阻挡Al与Si的互溶，防止结的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻挡作用导电膜在半导体生产中的应用本课件是可编辑的正常PPT课件PVDAl：台阶覆盖差，形成空洞CVDW：优异的台阶覆盖及填缝能力接触孔越来越小且窄，需要更强的填充能力12钨是难熔材料，熔点为：3417℃，在20℃时，体电阻率是52.8µΩ•cm4钨电阻率较高（1.7uΩ•cm），具有高深宽比的通孔填充能力，可作为局部互连或者填充（插塞）3钨的性质本课件是可编辑的正常PPT课件钨插塞本课件是可编辑的正常PPT课件1.厚氧化层淀积2.氧化层平坦化3.穿过氧化层刻蚀接触孔4.阻挡层金属淀积5.钨淀积6.钨平坦化1.穿过氧化层刻蚀接触孔2.铝淀积3.铝刻蚀早期金属化技术铝接触孔氧化硅(介质)在接触孔(通孔)中的钨塞氧化硅(介质)现代金属化技术多层金属的钨填充塞本课件是可编辑的正常PPT课件SiO2IC中的金属塞本课件是可编辑的正常PPT课件§2.1.3半导体生产中常用的金属膜常见的金属薄膜金属膜铝铜钨钛及硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件

在基区和发射区、栅区及有源区形成欧姆接触

将IC里的各元件连起来，形成一个功能完善

而强大的IC。连接作用接触作用

阻挡Al与Si的互溶，防止结的穿通抗反射作用

降低Al表面反射率，有利于曝光阻挡作用导电膜在半导体生产中的应用本课件是可编辑的正常PPT课件阻挡层金属铜用于铜互连结构的阻挡层对0.25µm工艺厚度为100nm；对0.35µm工艺厚度为400～600nm本课件是可编辑的正常PPT课件阻止铜扩散低薄膜电阻对介质材料和铜都有很好的附着与化学机械平坦化过程兼容具有很好的台阶覆盖，填充高深宽比能力允许铜有很小的厚度，占据最大的横截面积

铜互连中金属阻挡层的要求本课件是可编辑的正常PPT课件

TiSi2作为最常用的接触材料，常采用Ti的硅化物

自对准工艺Ti作为接触层，能有效去除氧，避免形成铝或钨的氧化物，降低接触电阻12

TiN能作为扩散阻挡层，有效防止铝或钨向衬底扩散，作为粘附层，提高钨与SiO2的粘附能力4

TiN可作为抗反射涂层（ARC），减少金属层在光刻工艺中的对光的反射3其他IC中常用的金属--Ti本课件是可编辑的正常PPT课件钛（Ti）的作用本课件是可编辑的正常PPT课件多晶硅作为栅极材料的优点能承受高温工艺，能实现源漏自对准工艺可方便调节功函数，降低开启电压

多晶硅作为互连材料的局限过高的电阻率，只适合局部互连多晶硅本课件是可编辑的正常PPT课件硅化物是一种具有热稳定性的金属化合物，在硅/难熔金属的分界面具有低的电阻率难熔金属与硅在一起发生反应，熔合时形成硅化物12用于减小许多源漏和栅区硅接触的电阻，常用的难熔金属有钛、钽、钴4多晶硅化物对减小连接多晶硅的串联电阻，保持了多晶硅对氧化硅好的界面特性3金属硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件低的、类金属的电阻率1高温稳定性好2抗电迁移能力强3可作为接触材料，以及栅极和互连材料5与硅衬底接触电阻小，附着性好4金属硅化物的特点本课件是可编辑的正常PPT课件钛多晶硅化物钛硅化物多晶硅栅掺杂硅多晶硅上的多晶硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件硅化物最低熔化温度(

C)形成的典型温度(

C)电阻率(

-cm)钴/硅(CoSi2)900550–70010–18钼/硅(MoSi2)1410900–1100100铂/硅(PtSi)830700–80028–35钽/硅(TaSi2)1385900–110035–45钛/硅(TiSi2)1330600–80013–25钨/硅(WSi2)1440900–110070硅化物的特性本课件是可编辑的正常PPT课件

烧结的温度

电阻率

TiSi2–C49

625–675

C

60–65

‧‧cmTiSi2–C54

800

C

10–15

‧cmTiSi2的退火本课件是可编辑的正常PPT课件自对准硅化物在源/漏和第一金属层之间电接触的面积是很小的。这个小的接触面积将导致接触电阻增加。一个可提供稳定接触结构、减小源/漏区接触电阻的工艺被称为自对准硅化物技术。自对准硅化物的主要优点是避免了对准误差。本课件是可编辑的正常PPT课件钛/钛钽阻挡层金属金属钨钛硅化物接触Siliconsubstrate多晶硅栅钛硅化物接触OxideOxideSourceDrain硅接触上的难溶金属硅化物本课件是可编辑的正常PPT课件2.钛淀积硅衬底1.有源硅区场氧化层侧墙氧化层多晶硅有源硅区3.快速热退火处理钛硅反应区4.去除钛TiSi2形成自对准金属硅化物的形成本课件是可编辑的正常PPT课件去除表面自然氧化物，淀积金属Ti或Co退火，Ti与硅发生反应生成TiSi2湿法刻蚀去掉未反应的Ti自对准TiSi2工艺本课件是可编辑的正常PPT课件STITiSi2STISGDTiSi2TiSi2TiSi2减少的方阻减少栅的电阻减少的接触电阻减少的二极管漏电与自对准硅化物有关的芯片性能问题本课件是可编辑的正常PPT课件要求高导电率，能够传道高电流密度1能够黏附下层衬底，容易与外电路实现电连接2易于淀积经相对低温处理后具有均匀的结构和组分3经受温度循环变化，相对柔软且有好的延展性5提供高分辨率的光刻图形4作为互连金属薄膜的要求很好的抗腐蚀性，层与层以及下层器件区有最小的化学反应。6很好的抗机械应力特性，以便减少硅片的扭曲和材料的失效。7本课件是可编辑的正常PPT课件材料熔点(

C)电阻率(

-cm)硅(Si)1412

109掺杂的多晶硅1412

500–525铝(Al)6602.65铜(Cu)10831.678钨(W)34178钛(Ti)167060钽(Ta)299613–16钼(Mo)26205铂(Pt)177210集成电路中常用的材料本课件是可编辑的正常PPT课件可降低互连引线导致的延迟时间可大大提高ULSI的集成密度，进一步提高集成度12多层互连的意义本课件是可编辑的正常PPT课件金属层PMDIMD接触孔(contacts)通孔(Via)多层互连的基本结构本课件是可编辑的正常PPT课件器件制备介质淀积平坦化接触及通孔形成金属化是否最后一层生长钝化层结束是否多层互连的工艺流程本课件是可编辑的正常PPT课件刻蚀接触孔（Contact）淀积钨多层互连的工艺流程（1）本课件是可编辑的正常PPT课件形成钨塞及淀积铝刻蚀铝多层互连的工艺流程（2）本课件是可编辑的正常PPT课件层间介质（IMD）淀积刻蚀通孔（Via）多层互连的工艺流程（3）本课件是可编辑的正常PPT课件形成第二层钨塞及淀积铝刻蚀铝多层互连的工艺流程（4）本课件是可编辑的正常PPT课件淀积IMD2刻蚀Via2多层互连的工艺流程（5）本课件是可编辑的正常PPT课件淀积Metal3淀积IMD3多层互连的工艺流程（6）本课件是可编辑的正常PPT课件铝用作传统的互联金属线。欧姆接触是硅和互连金属之间的低阻接触。金属化淀积的金属薄膜，在芯片上形成了互连金属线和接触孔或通孔连接。12铝也常和铜形成合金最大程度地解决电迁徒稳定性问题，铜的含量在0.5％～4％之间4铜和具有低K值的介质联合使用将减小芯片的互连延迟。3金属互连的几个重要问题（1）本课件是可编辑的正常PPT课件金属互连的几个重要问题（2）硅化物是难熔金属和硅形成的合金，用于减小接触电阻和附着。连接金属时常使用阻挡层金属，不同的阻挡层金属是否具有合适的特性取决于应用。56自对准硅化物是一种特殊的硅化物，它被用于对准源、漏和栅结构。7本课件是可编辑的正常PPT课件谢谢！本课件是可编辑的正常PPT课件集成电路制造工艺

--二氧化硅的热氧化机理

本课件是可编辑的正常PPT课件第二章薄膜制备薄膜生长------热氧化薄膜制备--物理气相淀积半导体生产中常用的薄膜本章要点薄膜制备—外延生长薄膜制备--化学气相淀积本课件是可编辑的正常PPT课件薄膜制备薄膜生长衬底的表面材料参与反应，是薄膜的形成部分元素之一，如硅的氧化反应。薄膜淀积薄膜形成的过程中，并不消耗衬底的材料，而是在系统中生成了所需要的薄膜物质淀积在衬底上形成薄膜，如PVD，CVD本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化：高温下，洁净的硅片与氧化剂反应生成一层SiO2膜氧元素硅片提供硅原子二氧化硅高温§2.2.1二氧化硅的热氧化机理热氧化的含义本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化的特点高温：900~1200℃，氧化剂：水或者氧气条件工艺简单、操作方便、氧化膜质量最佳、膜的稳定性和可靠性好，还能降低表面悬挂键，很好的控制界面陷阱和固定电荷特点本课件是可编辑的正常PPT课件氧化反应始终发生在Si/SiO2的界面处硅O2orH2O硅O2orH2O反应方程式：Si+O2

SiO2

；或Si＋H2O

SiO2＋H2热氧化反应式本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化反应过程本课件是可编辑的正常PPT课件由于氧化时加入了氧原子，所以体积增加0.44体积Si1体积SiO2SiO2表面原始的Si表面硅衬底SiO2氧化后的衬底表面体积的变化1个单位厚度的Si可生成2.2个单位厚度的二氧化硅本课件是可编辑的正常PPT课件CSi=5.0

1022cm-3CSiO2=2.2

1022cm-3dSi/dSiO2=CSiO2/CSi氧化初始硅表面氧化前SilicondSi44%56%体积的变化分析dSiO2SiO2氧化后SilicondSi/dSiO2=CSiO2/Csi=2.2/5=0.44本课件是可编辑的正常PPT课件反应机理结论

长1um的二氧化硅会消耗0.44um的硅氧化反应始终发生在Si-SiO2界面处，即发生反应的硅来自硅的表面，随着反应的进行，硅表面的位置向硅内移动。这样氧化剂中的污染物留在二氧化硅的表面。本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化生长的模型------迪尔格罗夫模型b.氧化剂通过已生成的SiO2层到达Si-SiO2交界面该模型把氧化分成了三个阶段a.氧化剂从气相转移到已生成的SiO2表面c.氧化剂与硅反应生成SiO2流动气体SiO2Si热氧化生长规律本课件是可编辑的正常PPT课件tox2=B(t+τ）当T>1000℃时，

此时氧化膜厚度与时间呈抛物线关系B称为抛物线速率常数热氧化生长规律表达式（1）本课件是可编辑的正常PPT课件当T<1000时，此时氧化膜厚度与时间呈线性关系B/A称为线性速率常数一般氧化温度均大于1000℃，所以氧化主要呈现抛物线规律。热氧化生长规律表达式（2）本课件是可编辑的正常PPT课件不同温度和氧化方式下硅热氧化速率常数形式温度（℃）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湿氧氧化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本课件是可编辑的正常PPT课件迪尔-格罗夫模型应用

一种模型：氧化层内存在电场，增强扩散；

另一种模型：氧化层中存在50Å的微沟道；

τ值校正迪尔-格罗夫模型能精确预计超过300Å的氧化生长厚度规律，厚度小于300Å时实验发现干氧氧化要比预计的增加了4倍或更多。

应用栅氧本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化速率的影响因素氧化方法（机制）氧化温度硅的晶向氧化剂压力掺杂水平本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化速率的影响因素氧化方式氧化温度硅片晶向氧化剂压力掺杂水平干氧氧化最慢，水汽氧化最快温度越高，速度越快线性阶段：（111）比（100）晶向稍快压力越大，速率越快掺杂浓度越高，速率越快本课件是可编辑的正常PPT课件氧化方法对氧化速率的影响干氧氧化氧化速率很慢，氧化膜结构致密氧化速度快，氧化膜结构疏松。水汽氧化湿氧氧化氧化速度介于干氧和水汽氧化之间水汽氧化速率>湿氧氧化速率>干氧氧化速率本课件是可编辑的正常PPT课件时间较长，T>1000℃时，tox2=B(t+τ）；

B为抛物线速率常数时间较短，T<1000时，

tox=B(t+τ）/A;

B/A线性速率常数热氧化生长规律表达式本课件是可编辑的正常PPT课件不同温度和氧化方式下硅热氧化速率常数形式温度（℃）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湿氧氧化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本课件是可编辑的正常PPT课件温度和晶向对氧化速率的影响干氧氧化湿氧氧化本课件是可编辑的正常PPT课件氧化剂压力对氧化速率的影响压力增强，迫使原子更快的穿越氧化层1高压氧化，可以降低温度2相同温度，速率更快3本课件是可编辑的正常PPT课件掺杂对氧化速率的影响重掺杂的硅比轻掺杂的硅氧化速率要快1抛物线阶段，硼掺杂比磷快2线性阶段，硼掺杂和磷掺杂差不多3本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件§2.2.2基本的热氧化方法干氧氧化水汽氧化湿氧氧化热氧化方法本课件是可编辑的正常PPT课件原理：干燥的氧气与硅片反应生成SiO2特点：氧化膜结构致密，但氧化速度慢干氧氧化O2+Si=SiO2本课件是可编辑的正常PPT课件原理：水蒸汽与硅片反应氧化膜结构疏松，氧化速度快特点：水汽氧化H2O+Si=SiO2+H2本课件是可编辑的正常PPT课件原理干燥的氧气通过95℃的水浴，携带水蒸汽进入氧化炉和硅片反应。氧化膜质量和氧化速度介于干氧和水汽氧化之间，是主要的热氧化方式特点湿氧氧化本课件是可编辑的正常PPT课件第一次干氧：膜的结构致湿氧：生成所需的二氧化硅第二次干氧：获得良好的硅-二氧化硅交界面,使表面干燥，提高和光刻胶的粘附性干-湿-干氧氧化本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件§2.2.3常规热氧化设备及操作规程卧式炉常规湿氧氧化系统示意图本课件是可编辑的正常PPT课件立式氧化炉系统示意图立式炉本课件是可编辑的正常PPT课件炉内硅片本课件是可编辑的正常PPT课件热氧化的操作规程氧化前清洗热氧化工艺氧化后检查本课件是可编辑的正常PPT课件1号标准洗液SC-1）,2号标准洗液SC-2）炉体及相关设备的清洗维护特别是石英器皿）工艺中的化学药品的纯度硅片的清洗氧化前清洗氧化气氛的纯度氧化工艺介绍本课件是可编辑的正常PPT课件步骤时间（min）温度（℃）N2净化气（slm）N2(slm）工艺气体O2(slm）工艺气体HCl(sccm）注释0

8508.0000待机状态15850

8.000装片27.5升温速率20℃/min

8.000升温351000

8.000温度稳定4301000

02.50干法氧化5301000

8.000退火630降温速率5℃/min

8.000降温75850

8.000卸片8

850

8.000待机状态氧化工艺流程本课件是可编辑的正常PPT课件在膜厚仪操作界面上选择相应测试菜单，选择测试位置。完成后按下回车，机械臂将测试圆片送入测试腔体。将下料后的测试片或产品片）连片盒在膜厚测试仪上放置好。如测量对象为测试片，设备自动测试圆片。如测量对象为产品片则需要手动滚动位置调整球，调节测量点至相应膜厚区域，调整至正确位置后，按下回车，对该点膜厚进行测量。氧化后的检验（1）本课件是可编辑的正常PPT课件记录各批产品每批一片）的膜厚，包括片内五点的数值，片内五点的平均值、折射率及片内均匀性。只能测控制片时要记录控制片的完整片号，片内五点的数值，片内五点的平均值及片内均匀性。在管理系统ERP系统）中输入相应测量数据，并记录跟踪产品，将产品送下道工序氧化后的检验（2）本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件§2.2.4其他的热氧化方法掺氯氧化氢氧合成氧化高压氧化本课件是可编辑的正常PPT课件

界面处的氯能降低固定氧化物电荷

界面处的氯对Na+俘获和中性化

掺氯氧化能抑制氧化层错掺氯氧化是在硅热氧化时添加微量的氯元素，进行二氧化硅膜生长的工艺。生长原理掺氯作用

氯源：HCl,CCl4，一般采用HCl

浓度：一般控制在3-6%

方法：一般和干氧氧化同时进行掺氯工艺掺氯氧化本课件是可编辑的正常PPT课件氢气和氧气燃烧生成水。该水的纯度比去离子水的纯度高得多，使膜的纯度高，尤其是Na+沾污少燃烧H2OH2+O2（1）

生长原理：H2与O2的比例必须小于2:1，注意注入器喷口的温度，以保证在着火点(585℃）以上（2）

工艺注意事项：氢氧合成氧化本课件是可编辑的正常PPT课件（3）生长系统：氢氧合成氧化设备示意图本课件是可编辑的正常PPT课件氢氧合成氧化设备与常规热氧化的区别两个保险装置：错误比例报警装置和低温报警装置。注入器，这是氢和氧注入合成氧气的装置；12本课件是可编辑的正常PPT课件氢氧合成氧化注意事项两个保险装置：错误比例报警装置和低温报警装置。注入器，这是氢和氧注入合成氧气的装置；12本课件是可编辑的正常PPT课件21定期检查氢气、氮气、氧气气体管道是否漏气氧化前检查注入器喷口前端是否在氢气的点火温度以上，是否在石英管界面的中心位置上注意石英管是否盖紧，不可有泄漏4进行设备调试时，必须充分通以氮气才能工作5氧化结束要用氮气排除废气，一定要把残留在炉内的气体排除干净。氢氧合成氧化注意事项3本课件是可编辑的正常PPT课件特点与常压相比，氧化速度更快能提高氧化膜的质量，氧化膜的密度加大种类高压干氧氧化高压水汽氧化氢氧合成高压水汽氧化高压去离子水注入式水汽氧化高压氧化本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件§2.2.5硅-二氧化硅系统电荷界面陷阱电荷氧化层固定电荷氧化层陷阱电荷可动离子电荷本课件是可编辑的正常PPT课件界面陷阱电荷：Qit氧化层陷阱电荷：Qot氧化层固定电荷：Qf可动离子电荷：Qm硅-二氧化硅系统电荷本课件是可编辑的正常PPT课件界面陷阱电荷含义：二氧化硅-硅界面处没有被消除的悬空共价键构成了界面陷阱电荷原因：硅在氧化时，表面的不饱和键转变成二氧化硅有些依然没有饱和。结果：界面陷阱电荷可以是施主能级也可以是受主能级，还可以是少子的复合中心，容易造成界面载流子的变化，导致界面特性不稳定。本课件是可编辑的正常PPT课件比色法干涉法椭偏法界面陷阱电荷解决方法：干氧氧化：具有较高的界面太密度，可加入少量水汽减少界面太密度。湿氧氧化：界面太密度加大，氧化后可在氢、氮气或者惰性气氛下低温退火减少界面太密度。本课件是可编辑的正常PPT课件氧化层固定电荷含义：氧化层中的固定电荷带正电。原因：硅-二氧化硅界面处氧离子不足而出现的氧空位引起的。结果：正电荷会吸引硅一侧的负电荷，严重时引起硅的反型，对MOS器件，严重影响表面特性和阈值电压的稳定性。解决方法：表面器件采用（100）晶面的单晶材料，因为（100）晶面的固定电荷和界面态密度比较小。本课件是可编辑的正常PPT课件氧化层陷阱电荷数值：二氧化硅-硅界面处没有被消除的悬空共价键构成了界面陷阱电荷109-1013/cm2原因：高能电子、离子、电磁辐射或者其他辐射扫过带有二氧化硅的表面产生，或者由热电子注入产生。本课件是可编辑的正常PPT课件比色法干涉法椭偏法氧化层陷阱电荷解决方法：选择适当的氧化条件改善二氧化硅结构，如1000℃的干氧氧化；惰性气体中进行退火，减少电离辐射陷阱；采用抗辐射介质膜本课件是可编辑的正常PPT课件比色法干涉法椭偏法可动离子电荷数值：Na+电荷可达1012-1015Q/cm2原因：无定型网络中的调节剂：Na+、K+、Li+等与非桥联氧以微弱的键合力结合。化学试剂、去离子水等引入Na+本课件是可编辑的正常PPT课件结果：100-250℃和正向电压（106V/cm）作用下，可动电荷被就激活离开陷阱向硅-二氧化硅界面漂移，是界面电荷不稳定，造成MOS器件阈值电压和双极型器件电流放大系数、击穿电压、反向电流层参数发生变化，导致器件特性退化或者失效。可动离子电荷本课件是可编辑的正常PPT课件比色法干涉法椭偏法可动离子电荷解决方法：掺氯氧化或者用氯清洗炉管等容器；加强工艺卫生，严防硅片和一切用具及操作者接触；采用高纯化学试剂，改进清洗方法和步骤采用电子束蒸发或者用钼丝代替钨丝做蒸发加热器用Al2O3-SiO2、Si3N4-SiO2、PSG-SiO2等复合膜代替单一的二氧化硅膜本课件是可编辑的正常PPT课件主要内容§2.2薄膜生长----热氧化二氧化硅的热氧化机理基本的热氧化方法常规热氧化设备及操作规程其他的热氧化生长硅--二氧化硅系统电荷二氧化硅质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件§2.2.6二氧化硅质量检测厚度检测氧化层电荷检测氧化层晶格质量检测本课件是可编辑的正常PPT课件比色法干涉法椭偏法利用反射光1和2的光程差满足一定条件时出现干涉现象，干涉条纹数与厚度的对应关系来计算利用椭圆偏振光投射到样品表面，观察反射光偏振状态的变化，确定薄膜厚度和折射率利用不同厚度的SiO2膜对白光反射得到不同的干涉色彩的现象来判断膜厚。氧化层厚度的检测本课件是可编辑的正常PPT课件1）比色法首先要确定所在的周期，然后根据颜色来判断SiO2本身是一种无色透明的介质，之所以出现各种颜色，是由于光的干涉注意：特点：方便，迅速，但带有一定的主观因素，测量精度不够。本课件是可编辑的正常PPT课件颜色氧化层厚度(10-8cm）第一周期第二周期第三周期第四周期灰色100黄褐色300蓝色800紫色1000275046506500深蓝色1500300049006800绿色1850330052007200黄色2100370056007500橙色225040006000红色250043006500本课件是可编辑的正常PPT课件2）光学干涉法

其中：d为氧化层的厚度

λ为入射光的波长

nox为SiO2的折射率N为干涉条纹数本课件是可编辑的正常PPT课件计算公式：其中：d为氧化层的厚度为入射光的波长

SiO2的折射率N为干涉条纹数本课件是可编辑的正常PPT课件含义：利用椭圆偏振光照射到被测样品表面，观测反射光偏振状态的改变，从而测定样品固有的光学常数或者样品上膜层的厚度。3）椭圆偏振法本课件是可编辑的正常PPT课件原理：激光光源，常用氦-氖激光器发出的单色自然光，起偏后变成线偏振光，再经过1/4波片后变成椭圆偏振光。这束椭圆偏振光在样品表面反射后，光的偏振状态如振幅和相位都发生了变化，变化的情况与介质膜的厚度及折射率有关。通过调节起偏器和检偏器的角度，产生消光状态，由消光状态即可得到膜的性质。3）椭圆偏振法本课件是可编辑的正常PPT课件特点及应用：椭圆偏振光的测量精度高，能同时测出膜的厚度和折射率，而且是一种非破坏性的测试方法。测量范围可以从0.1到几个µm测量介质薄膜如二氧化硅，氮化硅、氧化铝等3）椭圆偏振法本课件是可编辑的正常PPT课件2.氧化层的缺陷检测表面缺陷：斑点、白雾、发花、裂纹氧化层错图体内缺陷：层错、针孔本课件是可编辑的