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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 ...

外延概述 外延(epitaxy)，是指在单晶衬底上，用物理或化学的方法，按衬底晶向生长（排列）单晶薄膜的工艺过程。 新生长的晶体薄膜称为外延层，有外延层的硅片称为（硅）外延片。 与先前描述单晶生长的不同在于外延生长温度低于熔点许多。 外延是在晶体上(不仅指硅)生长晶体，生长出的晶体晶向与衬底晶向相同，掺杂类型、电阻率可不同。 对于异质外延，由于衬底和外延层的材料不同，晶体结构和晶格常数不可能完全匹配，随着外延生长工艺不同，在界面会出现两种情况——应力释放带来界面缺陷，或者在外延层很薄时出现赝晶（pseudomorphic）。 外延工艺用途 硅外延片：用于制作双极型晶体管。 衬底：高掺杂单晶硅 外延层：低掺杂 气相外延 外延原理 硅烷热分解方程式：SiH4→Si+2H2↑SiH_4 \rightarrow Si+2H_2\uparrowSiH4​→Si+2H2​↑ 表面外延过程 吸附→分解→迁移→解吸 表面外延过程表明外延生长是横向进行的.是在衬底台阶的结点位置发生的。 影响外延生长速率的因素 温度 硅源 反应剂浓度 其他因素： 衬底晶向(110)>(111) 反应室 ...

硅片的制备 多晶硅的制备 制备多晶硅，是采用地球上最普遍的原料石英砂（也称硅石），就是二氧化硅，通过冶炼获得多晶硅，再经一系列化学、物理的提纯工艺就制出半导体纯度的多晶硅。 电子级多晶硅纯度可达11N99.999999999%，11个9。 冶炼 SiO2+2C=Si+2CO↑SiO_2+2C = Si+2CO\uparrowSiO2​+2C=Si+2CO↑ 提纯 化学提纯——酸洗、物理提纯——蒸馏、分解 单晶硅生长 采用熔体生长法制备单晶硅棒： 多晶硅 -> 熔体硅 -> 单晶硅棒 按制备时有无使用坩埚又分为两类 有坩埚：直拉法、磁控直拉法 无坩埚：悬浮区熔法 直拉法 直拉法生长单晶硅锭的设备：单晶炉。 单晶生长原理 单晶生长是热力学准平衡过程。任何系统都会自发处于吉布斯自由能最小状态。 满足晶体生成的必要条件：Gs(T,P)⩽Gl(T,P)+γΔAG_s(T,P) \leqslant G_l(T,P) + \gamma\Delta AGs​(T,P)⩽Gl​(T,P)+γΔA Gs(T,P)G_s(T,P)Gs​(T,P)、Gl(T,P)G_l(T,P) ...

硅衬底 硅作为半导体材料的优点 硅在地壳中含量充分，仅次于氧，质量占27.72%；基本原料大量存在，易于获得； 二氧化硅对于器件有很好保护作用； 硅密度相对较小，硅单晶密度只有2.33g/cm3，只有锗或砷化镓的43.8%； 热导率高、膨胀系数小； 机械性能好； 硅在地壳中含量充分 源材料丰富：沙子（又称石英砂或硅石）是硅在自然界中的主要形式，制备单晶硅的基本材料；大量存在且易于获得，为降低单晶硅材料的成本提供了有力保障。 二氧化硅保护层 氧化硅对于保护硅晶片表面的元器件的结构和性质有着极其重要的作用； 本证氧化硅是硅平面工艺中最主要的单项工艺之一，在集成电路发展过程及现代工艺中都发挥着重要作用。 硅材料的密度相对较小 硅单晶密度只有2.33g/cm3，只有锗或砷化镓的43.8%。 硅微电子产品重量更轻。随着集成电路集成度的增加，芯片面积也越来越大，沉底质量轻就能整体减少整机质量，尤其是在航空航天领域的电子产品。 热导率高、膨胀系数小 硅的热导率可以和金属比拟，钢为1.0W/cm.C, 铝为2.4W/cm； 良好的热导率能够减小生产中由高温工艺给芯片带来的热应力；使用过程中有 ...

笔记内含大量图片，流量警告 目录 绪论 概述 第一章 单晶硅特性 第二章 硅片的制备 第三章 外延 第四章 热氧化 第五章 扩散 第六章 离子注入 第七章 化学气相沉积 第八章 物理气相沉积 第九章 光刻工艺 第十章 光刻技术 第十一章 刻蚀技术 第十二章 工艺集成