加工工藝ppt課件

1、半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明半導(dǎo)體加工工藝原理半導(dǎo)體加工工藝原理概述概述半導(dǎo)體襯底半導(dǎo)體襯底熱氧化熱氧化分散分散離子注入離子注入光刻光刻刻蝕刻蝕化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積物理淀積物理淀積外延外延工藝集成工藝集成CMOS雙極工藝雙極工藝BiCMOS半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明光刻 將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上移到硅片上半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Lithographc System光刻系統(tǒng)的設(shè)備需求甩膠機(jī)烘箱或熱板對準(zhǔn)與暴光機(jī)對準(zhǔn)機(jī)Aligner-3個(gè)性能規(guī)范分辨率: 310%線寬對準(zhǔn): 產(chǎn)量半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工

2、秦明秦明光刻分辨率 對準(zhǔn)機(jī)和光刻膠的分辨率是爆光波長的函數(shù) 波長越短, 分辨率越高 短波長能量高，爆光時(shí)間可以更短、散射更小半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明光源系統(tǒng) 光源 Hg Arc lamps 436(G-line), 405(H-line), 365(I-line) nm Excimer lasers: KrF (248nm) and ArF (193nm)半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明接觸式光刻 Resolution R 1 is introduced between the imaging optics and the wafer. 優(yōu)點(diǎn): 分辨率與n成正比; 聚焦深度添加半導(dǎo)體加工半

3、導(dǎo)體加工 秦明秦明電子束光刻電子束光刻 波長 例: 30keV, =0.07A 缺陷: 束流大, 10s mA 產(chǎn)量低, 10wafers/hr.半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明X-Ray Lithography Synchrotron Radiation23)()(64.18)()(6 . 5)(GeVETBGeVEmrA半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明投影式X射線光刻半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明離子束光刻離子束光刻半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Pt 淀積半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明FEA 制造半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明納米壓印光刻納米壓印光刻半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明納米壓印光刻納

4、米壓印光刻 極高分辨率: 可以構(gòu)成100:1半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明常見資料的腐蝕 Aluminum H3PO4 + CH3COOH + HNO3 + H2O (30oC) 磷酸H3PO4起主要的腐蝕作用 硝酸HNO3改善臺階性能 醋酸降低腐蝕液外表張力 水調(diào)理腐蝕液濃度半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明硅的腐蝕 HF/HNO3 Si + HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2+H2O半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明硅的腐蝕 KOH : IPA : H2O =23.4 : 13. 5 : 63R(100) 100X R(111)SiO2可以作為短時(shí)間掩膜半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明全自

5、動濕法腐蝕操作設(shè)備半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明手動腐蝕設(shè)備操作半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Chemical Mechanical Polishing(CMP) 互連平坦化 以KOH, 或NH4OH為基體的含SiO2顆粒的磨料 顆粒尺寸 0.03-0.14m半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明等離子刻蝕 容易控制 對溫度不敏感 高各向異性 刻蝕步驟: 氣體離化、離子分散到硅片外表、膜反響、生成物解析、抽離反響腔半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明工作氣工作氣體體刻蝕原理刻蝕原理含硅化含硅化合物合物CF4金屬鋁金屬鋁BCl3+Cl2金屬鎢金屬鎢CF4/O2C+F*CF4等離子體等離子體SiO2+F*SiF

6、4 +O2BCl3等離子體等離子體B+Cl*Al+ Cl*AlCl3C+F*CF4等離子體等離子體W+F*WF3等離子刻蝕等離子刻蝕半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明直流輝光放電 典型壓力：1Torr 極間電場：100V/cm裂解 e* + AB A + B + e 原子離化 e* + A A+ + e + e 分子離化 e* + AB AB+ + e + e原子激發(fā) e* + A A* + e分子激發(fā) e* + AB AB* + e半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明直流輝光放電 極間高壓電弧產(chǎn)生離子和電子 陰極產(chǎn)生二次電子半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明射頻放電 直流放電 絕緣資料外表由于產(chǎn)生二次電子

7、會屏蔽電場 交流放電半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明刻蝕設(shè)備刻蝕設(shè)備半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明高壓等離子刻蝕 高壓平均自在程腔體尺寸 刻蝕主要靠化學(xué)作用 少量的O2參與可以提高CF4刻蝕速率 C+OCO2C F + Si Si = Si F + 17kcal/mole500 mTorr CF4 對 Si 的腐蝕的根本思想是Si-F替代Si-Si： 等離子突破105kcal/mole突破能量42.2kcal/mole130kcal/mole半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明選擇性刻蝕 H2參與減少參與減少F，構(gòu)成，構(gòu)成富碳等離子。富碳等離子。半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Ion Milling 采

8、用的惰性氣體Ar 純粹的物理轟擊 高定向性 選擇比差半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明離子銑能夠帶來的問題 斜坡轉(zhuǎn)移 不均勻刻蝕 溝槽半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Reactive Ion Etching(RIE) 硅片放置在功率電極上 低壓任務(wù), 離子的平均自在程較大半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明RIE Cl對硅進(jìn)展各向異性刻蝕 Cl對不摻雜的硅的腐蝕較慢 對摻雜的N-Si和polySi非?？?襯底電子遷移效應(yīng) 離子轟擊加速了Cl的穿透效應(yīng)半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明RIE 草地問題半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Damage in RIE 襯底上剩余損傷 在聚合物刻蝕中，會留下殘膜。 氣相顆粒

9、淀積 襯底上能夠有金屬雜質(zhì) 物理損傷和雜質(zhì)drive in 含C的RIE刻蝕30-300A硅碳化合物和損傷 Si-H鍵缺陷損傷半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明HDP刻蝕 磁場的存在，電子的途徑被延伸了很多，碰撞幾率增大，導(dǎo)致離子密度和自用基的密度很大。 ECR系統(tǒng) Si、SiO2的高選擇性 ICP系統(tǒng) 不需外加磁場，用RF激發(fā)半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明半導(dǎo)體加工工藝原理半導(dǎo)體加工工藝原理概述概述半導(dǎo)體襯底半導(dǎo)體襯底熱氧化熱氧化分散分散離子注入離子注入光刻光刻刻蝕刻蝕 化學(xué)氣相淀積化學(xué)氣相淀積 物理淀積物理淀積 外延外延 工藝集成工藝集成 CMOS 雙極工藝雙極工

10、藝 BiCMOS半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Chemical Vapor Deposition (CVD) 化學(xué)反響過程 氣體經(jīng)過熱反響腔時(shí)發(fā)生分解反響半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明CVD 氣相淀積具有很好的臺階覆蓋特性 APCVD = Atmospheric Pressure CVD 硅片平放 LPCVD = Low Pressure CVD 硅片豎放 PECVD = Plasma Enhanced CVD 硅片平放 HDPCVD = High-Density CVD 硅片平放半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明APCVD 淀積速率快 系統(tǒng)簡單 均勻性差 硅片溫度240-450OC 常用淀積Si

11、O2 O2 : silane = 3:1 N2 diluent 改善外表 PSG(phosphosilicate glasses) reflow BPSG(Borophosphosilicate glasses) reflow半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明Hot wall LPCVD 熱壁 溫度分布均勻、對流效應(yīng)小 冷壁系統(tǒng) 減低壁上淀積 低壓: 0.1-1.0Torr半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明LPCVD 多晶硅淀積 575-650oC 淀積速率：1001000A/min 非晶態(tài) 600oC PH3原位摻雜 Si3N4淀積 700-900oC SiO2淀積 臺階覆蓋才干和均勻性優(yōu)良 半導(dǎo)體

12、加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD(Plasma-Enhanced CVD) 運(yùn)用 Al上淀積SiO2 GaAs上淀積Si3N4 RF plasma給系統(tǒng)提供能量 PECVD 類型 Cold wall parallel plate Hot wall parallel plate ECR (Electron cyclotron Resonance)半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD的優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn) 更低的工藝溫度(250至450)； 對高的深寬比間隙有好的填充才干(用高密度等離子體CVD)； 淀積的膜對硅片有優(yōu)良的粘附才干； 高的淀積速率； 少的針孔和空洞，因此有高的膜密度； 腔體可利用等離子

13、體清洗。半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD ECR N2 2N N與Silane反響構(gòu)成 SixNy HDP(High Density Plasma)的低壓強(qiáng)0.01 Torr導(dǎo)致長的平均自在程step coverage差假設(shè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成有一定的離子轟擊，可以改善臺階 PECVD Silicon nitride final passivation or scratch protection layer 300 400, Ar or He SiH4 NH3 or N2半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD Si3N4 PECVD Growth rate densityatomic content PECVD silicon nitride用于metal interconnect的隔離層半導(dǎo)體加工半導(dǎo)體加工 秦明秦明PECVD(Pla