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黄君凯 教授,5.2 干法刻蚀（等离子体辅助刻蚀）,5.2.1 等离子体原理 等离子体：一种部分或全部离子化的气体，其中含有等量正负性电荷， 以及不同数量的未离化分子。 有效离化率：等离子体中的电子密度与分子密度之比。 5.2.2 等离子体辅助刻蚀机制 （1）刻蚀步骤（五个基本步骤） 生成刻蚀微粒 扩散至反应表面 吸附 物理或化学反应 可挥发 化合物排出,图5-4 干法刻蚀机制,辆根笺寥祷私吨顿卜贞煌沉缠贪澈贮端啸照涕怔捂赡常街魔必聋阁优赘津超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,（2）刻蚀方式 溅射刻蚀（物理刻蚀）：接受等离子体中正性离子高速轰击的电极上 放置准备刻蚀的晶片，是一种纯动量转移的 物理性离子轰击。 【优点】各向异性佳。 （激发态中性粒子，强化学活性） 【缺点】选择性差，轰击带来损伤。 等离子体刻蚀（化学刻蚀）：等离子体中的中性反应微粒（形成自由 基）与薄膜间的相互化学作用形成挥发 性物质。 【优点】选择性好，刻蚀率高。 【缺点】各向异性差。,图5-5 刻蚀方式,被刻蚀薄膜,间躲维市谋伊堂题砚醒熙照梆薛死限撒柳改憾寓岂桐厚恫偶马辞腺索毁胁超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,反应离子刻蚀（RIE）：介于溅射刻蚀和等离子刻蚀之间，以物理上的溅 射刻蚀使薄膜表面清洁，从而促进等离子刻蚀的 化学反应进行。 【特点】兼具各向异性和选择性优点（压力 Torr，有效离化率 ） 其他高密度刻蚀（HDP）方式：低压和高有效离化率 （压力 Torr，有效离化率 ） 线圈耦合等离子体刻蚀（TCP） 电子回旋共振等离子体刻蚀（ECR）,图5-7 ECR刻蚀,图5-6 TCP刻蚀,砍屉臻绿霖孺建续驱酉衔胳孝钝丝占访掠咎云台荫访测乡浇炭况昨昨瑞潍超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,（3）等离子体诊断与终点检测 等离子体中中性和离化微粒诊断 光发射分光光谱（OES）：测量等离子体反应物和生成物的辐射光特征 光谱强度诊断该物质。 刻蚀终点控制 激光干涉测量法：反射光一个变化周期的薄膜厚度改变量 （ : 被刻蚀薄膜折射率）,图5-8 OES谱,图5-9 激光干涉测量法,阻挡层TiN,Ti,士泣然片蚕香闪壬炙漾踪邱种潘漫像兼阁些承反沟赔恨颊职绊矗外哎瞳失超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,5.2.3 反应离子刻蚀应用,表5-1 不同材料的刻蚀方法,跳眶垫闰玖侮棵蓟货调臂蚁炔但偿围瓢内寄闹斋线崩擅垮物宙报蝉胡切峡超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,硅沟刻蚀：元件之间的隔断绝缘层 深Si沟（大于 ） DRAM存储单元的存储电容器绝缘层 （ 刻蚀配方： ） 浅Si沟（小于 ） 元件间的绝缘隔离 （ 刻蚀配方： ）,图5-10 刻蚀相关性 硅沟刻蚀率与深宽比关系,柒苟雁昨孔昨巡粱崎吐圾搭词徘凑稚酵陈辞培惋履维贵笼李稳避瞧辞吨许超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,绝缘材料刻蚀 膜-刻蚀配方： 比值 富F:刻蚀反应（增加氧） 膜-刻蚀配方： 富C:高分子反应（增加氢）,图5-11 刻蚀气体F/C值,图5-12 高分子反应形成的侧壁保护膜,仍敲畅樊恭忍洛猖愤脂董述了毋棘谋陛未朋下泄氢兄恶姜感柔饰俞蛰酵熏超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,第六章 扩散,掺杂方法： 扩散（形成深结）和离子注入（形成浅结） 6.1 基本扩散工艺 （1）Si扩散工艺 杂质源： 固态源（ ） 液态源（ ） 气态源（ ） 【例】 液态源 扩散工艺,粕溜烛戮淤减泣瞅货敬浴评缀拣之崩捞的道油甚娶跨征铅旧耻冈要厌期炬超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,典型扩散装置 （2）GaAs扩散工艺 解决因砷高蒸汽压造成分解的基本方法： 密封管扩散 掺杂绝缘层（ ）覆盖扩散,图6-1 典型扩散装置,屈茅唁望磅脾吭侄酒乎腺闺鹤膜么寓鹏疗猴瞅寂莱渤毒第蒋咎拯歪迅糕蚂超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,6.1.1 扩散方程,（1）扩散模型：空穴式机制 和 填隙式机制 （2）扩散定律 菲克第一扩散定律： ，（6-1） 菲克第二扩散定律： ，（6-2） 式中F，C和D分别为杂质的扩散流量、杂质浓度和扩散系数。当扩散为 本征扩散（D与C无关）时，式（6-2）为： 。（6-3）,图6-2 扩散机制,慢扩散,快扩散,滓滦凑盅寂破伐庭莱芋予狮仗首帮受在感瓦缸薯邀釉厢株选县远优妻幽奈超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,（3）扩散系数 实测结果表明： （6-4） 式中 为温度无限大时的扩散系数， 为激活能。 填隙式机制： 表征了杂质原子移 动所需能量（ ） 例如：图6-3曲线上部，Cu 在Si或 GaAs中的快扩散（ ）。 空穴式机制： 表征了杂质原子移动和形成空穴所需能量（ ） 例如：图6-3曲线下部，As在Si或GaAs中的慢扩散（ ） 。,图6-3 实测结果：DT关系,往轮讯借捉功遭放数鹊综牙她壤吃撕济郭扯彦篓巴抉汲凡尊渭莽串玉叁适超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,6.1.2 扩散分布,两步扩散法 预淀积扩散：恒定表面杂质浓度条件 再分布扩散：有限表面杂质总量条件（恒定总杂质量） （1）恒定表面杂质浓度扩散 初始条件： ，（6-5） 边界条件： ，（6-6） ，（6-7） 式中 为表面处杂质浓度。可得到式（6-3）的解为： ，（6-8） 式中 为余误差函数， 为扩散长度。因此，预淀积时单位面积淀积的杂质原子总量 为： 。（6-9）,鳃卧鹿际吊西擅诸巳钓旗蘑影养烬刺乐仪寸往艺务闹伶伐烦溢宇伶始滥嘲超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,（2）有限表面杂质总量扩散（恒定总杂质量） 初始条件： ，（6-10） 边界条件： ，（6-11） ，（6-12） 式中 为单位面积上的杂质总量，可得到式（6-3）的解为： ，（6-13） 表达式为高斯分布。因此，再分布扩散时，表面杂质浓度为： ，（6-14） 可见，保持杂质总量 一定时，随着扩散时间增加，表面杂质浓度将下降。,辖魔脑枉舜炳边镁酮谓绪冗摔桌呈南仑驳裁观脊霓挑祥郝瓶入抉损客敲迅超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,黄君凯 教授,（3）扩散分布 6.1.3 扩散层测定 ：评价的物理量 结深 ：腐蚀染色法测量 薄板电阻 （平均电阻率 ）：四探针法测量 扩散层杂质分布 ： 测试方法,图6-4 扩散分布,擞潘呛耗噎籽利贞撼村映余沟诺卒柄栏植究俘潮挛许伶再改韩鞠蜀该亭揩超大规模集成电路技术基础5-6超大规模集成电路技术基础5-6,
