Ch03MEM工艺03其他工艺.ppt
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1、MEMS技术,唐 军 0351-3920397 ,MEMS工艺分类,光刻(Lithography) 刻蚀(Etching) 化学气相沉积(CVD) 物理气相沉积(PVD) 氧化 扩散与离子注入 退火 LIGA工艺,氧化,定义:硅与氧化剂反应生成二氧化硅。 原理:氧化剂被表面吸附,向膜中扩散,在二氧化硅和硅的接触界面反应生成新的二氧化硅,接触界面向深层逐步推进。 种类:热氧化、热分解淀积、外延淀积。,SiO2的性质及其作用,SiO2的化学性质非常稳定,室温下它只与氢氟酸发生反应,因此在集成电路工艺中经常利用氢氟酸腐蚀SiO2层,SiO2是一种十分理想的电绝缘材料,电阻率可以高达1016cm以上。
2、介电强度约为106107V。,SiO2 + 4HF SiF4 + 2H2O,SiF4 + 6HFH2(SiF6) + 2H2O,氧化硅层的主要作用有: 1 在MOS集成电路中,SiO2层作为MOS器件的绝缘栅介质,这时,二氧化硅是器件的一个重要组成部分。 2利用硼、磷、砷等杂质在二氧化硅层中的扩散系数远小于在硅中的扩散系数的特性,二氧化硅可以用作选择扩散时的掩蔽层,对于离子注入,SiO2有时与光刻胶,Si3N4层一起作用也可以作为离子注入的阻挡层。 3作为集成电路的隔离介质材料。 4作为电容器的绝缘介质材料。 5作为多层金属互连层之间的介质材料。 6作为对器件和电路进行钝化的钝化层材料.,热氧
3、化层形成SiO2的机理,硅与氧气和水蒸气的热氧化反应方程式为:,Si(固体) + O2 SiO2(固体),Si(固体) + 2H2O SiO2(固体) + 2H2,硅的氧化过程是一个表面过程。必须经过以下三个步骤:1氧化剂从气体内部被传输到气体/氧化物界面。2通过扩散穿过已经形成的氧化层。3在氧化层/硅界面处发生反应。,SiO2(d),0.44d,原始硅界面,硅衬底,SiO2,影响硅表面氧化速率的三个关键因素为:温度,氧化剂的有效性,硅层的表面势。,氧化剂的有效性:既然氧化反应发生在硅表面,氧化剂必须穿过已形成的氧化层被输运到氧化层硅界面后才能发生反应;没有输运到氧化层的氧化剂是无效的。影响氧
4、化剂有效性的因素主要有氧化剂在氧化层中的扩散系数,溶解度和氧化气体的压强等。,硅层表面势或者表面能量:硅层的表面势与硅的晶向,掺杂浓度以及氧化前表面的处理有关,在所有的晶向中,(111)晶向的氧化速率最高,(100)晶向的氧化速率最低。,SiO2的制备方法,制备SiO2的方法很多,其中最主要的有热氧化法,化学气相淀积,热分解淀积法,溅射法,等离子氧化法等,在集成电路工艺中最常用的方法为热氧化和化学气相淀积两种。 热氧化形成的二氧化硅质量最好,而且具有很高的重复性和化学稳定性,是现代集成电路制备中重要的基础工艺之一。,二氧化硅的热氧化设备,a)氧化初始阶段 b)氧化层的形成 c)氧化层的生长,由
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