Ch03MEM工藝03其他工藝課件

MEMS技術MEMS工藝分類光刻（Lithography）刻蝕（Etching）化學氣相沉積（CVD）物理氣相沉積(PVD)氧化擴散與離子注入退火LIGA工藝氧化定義：硅與氧化劑反應生成二氧化硅。原理：氧化劑被表面吸附，向膜中擴散，在二氧化硅和硅的接觸界面反應生成新的二氧化硅，接觸界面向深層逐步推進。種類：熱氧化、熱分解淀積、外延淀積。氧化硅層的主要作用有：1在MOS集成電路中，SiO2層作為MOS器件的絕緣柵介質(zhì)，這時，二氧化硅是器件的一個重要組成部分。2利用硼、磷、砷等雜質(zhì)在二氧化硅層中的擴散系數(shù)遠小于在硅中的擴散系數(shù)的特性，二氧化硅可以用作選擇擴散時的掩蔽層，對于離子注入，SiO2有時與光刻膠，Si3N4層一起作用也可以作為離子注入的阻擋層。3作為集成電路的隔離介質(zhì)材料。4作為電容器的絕緣介質(zhì)材料。5作為多層金屬互連層之間的介質(zhì)材料。6作為對器件和電路進行鈍化的鈍化層材料.熱氧化層形成SiO2的機理硅與氧氣和水蒸氣的熱氧化反應方程式為：Si(固體)+O2

→SiO2(固體)Si(固體)+2H2O→SiO2(固體)+2H2硅的氧化過程是一個表面過程。必須經(jīng)過以下三個步驟：1氧化劑從氣體內(nèi)部被傳輸?shù)綒怏w/氧化物界面。2通過擴散穿過已經(jīng)形成的氧化層。3在氧化層/硅界面處發(fā)生反應。SiO2(d)0.44d原始硅界面硅襯底SiO2SiO2的制備方法制備SiO2的方法很多，其中最主要的有熱氧化法，化學氣相淀積，熱分解淀積法，濺射法，等離子氧化法等，在集成電路工藝中最常用的方法為熱氧化和化學氣相淀積兩種。熱氧化形成的二氧化硅質(zhì)量最好，而且具有很高的重復性和化學穩(wěn)定性，是現(xiàn)代集成電路制備中重要的基礎工藝之一。二氧化硅的熱氧化設備a)氧化初始階段b)氧化層的形成c）氧化層的生長１.干氧氧化：是指在氧化過程中，直接通入氧氣進行氧化的方法。采用這種方法制備的氧化層結構致密，均勻性和重復性好，對雜質(zhì)擴散的掩蔽能力強，鈍化效果好，與光刻膠的附著性好等優(yōu)點：它的缺點是氧化速率慢，氧化溫度高。２．水蒸汽氧化：是指硅片與高溫水蒸汽發(fā)生反應的氧化方法。采用這種方法制備的氧化層結構疏松，缺陷較多，含水量大，掩蔽能力較差，其優(yōu)點是氧化速率高。在現(xiàn)代集成電路工藝中已經(jīng)很少使用這種方法。３濕氧氧化：在該方法中，氧氣首先通過盛有９５℃左右去離子水的石英瓶，將水汽一起帶入氧化爐內(nèi)，再在高溫下與硅反應。這時，與硅反應的氧化劑同時包括氧氣和水汽。與干氧氧化的SiO2膜相比，濕氧氧化的SiO2膜質(zhì)量略差，但遠好于水蒸氣氧化的效果，而且生長速度較快，其缺點是與光刻膠的附著性不是很好。干氧，濕氧，水蒸氣以及干濕干氧化等工藝裝置MEMS工藝分類光刻（Lithography）刻蝕（Etching）化學氣相沉積（CVD）物理氣相沉積(PVD)氧化擴散與離子注入退火LIGA工藝擴散替位式擴散：雜質(zhì)離子占據(jù)硅原子的位：Ⅲ、Ⅴ族元素一般要在很高的溫度(950～1280℃)下進行磷、硼、砷等在二氧化硅層中的擴散系數(shù)均遠小于在硅中的擴散系數(shù)，可以利用氧化層作為雜質(zhì)擴散的掩蔽層間隙式擴散：雜質(zhì)離子位于晶格間隙：Na、K、Fe、Cu、Au等元素擴散系數(shù)要比替位式擴散大6～7個數(shù)量級利用液態(tài)源進行擴散的裝置示意圖離子注入離子注入：將具有很高能量的雜質(zhì)離子射入半導體襯底中的摻雜技術，摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目(劑量)決定摻雜的均勻性好溫度低：小于600℃可以精確控制雜質(zhì)分布可以注入各種各樣的元素橫向擴展比擴散要小得多。可以對化合物半導體進行摻雜離子注入系統(tǒng)的原理示意圖MEMS工藝分類光刻（Lithography）刻蝕（Etching）化學氣相沉積（CVD）物理氣相沉積(PVD)氧化擴散與離子注入退火LIGA工藝退火機理:注入技術摻雜的晶片，必須消除晶格損傷，并使注入的雜質(zhì)進入替代位置以實現(xiàn)電激活。在一定的溫度和時間進行熱處理可以消除損傷、激活雜質(zhì)、少子壽命和遷移率恢復。