半導(dǎo)體材料應(yīng)用與研究課件

Photo:Rawmaterial:Reticle,PhotoResistEquipment:I-Line(MUV),DUV,EUV(Stepper,SCANNER)Vendors:Nikon,ASML2.Moduledefinition-PHOTOThePHOTOconceptwasgeneralOpticslithographytoreproducethespecificpatterns.TodaywedeployedtheUVExcimerlaserforthelight,AccordingtoOpticsprinciple,generallythewavelengthofthelightshouldbelessthanonetenthofhalfpitch,soifthetechnologyshrink,theExposurelightsourceshouldbepushedintodeeplyUVzone.Thin-Film:Rawmaterial:MetalTarget,ChemicalEquipment:Sputter,RTP,CVD(AP,PE,LP,SP,MO),ScubberVendors:AMAT,Novellus,TEL,ASM…..2.Moduledefinition-ThinFilmIngeneralwecansplittheThin-Filmintotwofield,oneisPhysicsdominated(PVD),theotherisChemicaldominated(CVD)ThePVDmeansthatnochemicalreactionassistedintheprocess,justsimplyacceleratedAratomtobombardthetargettoevaporatethetargetanddepositonthewafer,suchlikesSputter.TheCVDmeansthatthechemicalreactiononthewaferorchambertodepositafilmonthesurfaceCVDPVDChemicalreactionEtchRawmaterial:Solvent,ReactivegasEquipment:DryEtch(RIE),WetBench(ChemicalStation)Vendors:AMAT,Novellus,TEL,ASM…..2.Moduledefinition-ETCHIngeneralwecancallthatRIEinthetermofDryetching,thedryetchingwhichdominatedbythePhysicalIonbombardandchemicalreactionwiththesurfacetoevaporatedthebyproducts.ReactiveionbombardCMPRawmaterial:Slurry,polishpadEquipment:CMP(W-CMP,Oxide-CMP,Cu-CMP)Vendors:AMAT,COBAT,Strasbaugh2.Moduledefinition-CMPIngeneral,theCMPlikethepolisharts,butdeployedthechemical-mechanicalassistant.There’retwofactorsdominatedtheCMPprocess:.Firstischemicalhydrolysisslurrytohydrolyzethesurface,.Secondistheslurryabrasivetoremovethehydrolytewhichunderthemechanicaldominated.Notes: (1) BoxCenterrepresentsstartatPilotProductionSchedule. (2) BasedonlogicandeSRAMroadmap. (3) SIA=SemiconductorIndustryAssociationTSMC/UMC/SIATechnologyRoadMap19992000200120020.18μm0.15μmCu0.18μm0.13μmCu20032004SIA0.10μmCu0.07μmCu0.18μm0.13μmCu0.10μmCuTSMCUMCTechnologyRoadMapNote:(1)BoxCenterrepresentsPilotProductionSchedulebegins.1998199920002001eDRAM0.35μm0.25μm0.18μmLogiceSRAMMixed-Mode/RF0.15μm0.25μm0.18μmEmbeddedFlashMemory0.35μm0.25μm0.13μm0.18μmCu0.15μm0.25μm0.18μm0.13μmCu0.18μm物理氣相沈積(PVD:PhysicalVaporDeposition)物理氣相沈積(PVD:PhysicalVaporDeposition)是一種物理製程而非化學(xué)製程，此技術(shù)一般使用氬等鈍氣，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材後，將靶材原子一個個濺擊出來，並使被濺擊出來的材質(zhì)（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沈積在晶圓表面。經(jīng)由製程反應(yīng)室內(nèi)部的高溫與高真空環(huán)境，可使這些金屬原子結(jié)成晶粒，再透過微影圖案化（patterned）與蝕刻，得到半導(dǎo)體元件所要的導(dǎo)電電路。

在半導(dǎo)體製程中，蝕刻(Etch)被用來將某種材質(zhì)自晶圓表面上移除。而乾式蝕刻（又稱為電漿蝕刻）則是目前最常使用的蝕刻方式，其以氣體為主要的蝕刻媒介，並藉由電漿能量來驅(qū)動反應(yīng)。電漿對蝕刻製程有物理性與化學(xué)性兩方面的影響。首先，電漿會將蝕刻氣體分子分解，產(chǎn)生能快速蝕去材料的高活性分子。此外，電漿也會把這些化學(xué)成份離子化，使其帶有電荷。晶圓則是置於帶負(fù)電的陰極上，當(dāng)帶正電荷的離子被陰極吸引，並加速向陰極方向前進(jìn)時，其會以垂直角度撞擊到晶圓表面，晶片製造商即是運(yùn)用此特性來獲得絕佳的垂直蝕刻。

快速高溫處理

快速高溫處理（RTP：RapidThermalProcessing）為電晶體與電容成形過程中重要的步驟之一，可用來修正薄膜性質(zhì)與製程結(jié)果。在此短暫且精確控制的高溫處理過程中，晶圓溫度可在短短10秒內(nèi)自室溫快速升至1000℃高溫。快速高溫處理通常用於回火製程（annealing），負(fù)責(zé)控制元件內(nèi)摻質(zhì)原子之均勻度，也可用來進(jìn)行矽化金屬，及透過高溫產(chǎn)生含矽化之化合物與矽化鈦等。

化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）化學(xué)機(jī)械研磨（CMP：ChemicalMachinePolishing）可移除晶圓表面的材質(zhì)，讓晶圓表面變得更平坦，且具有研磨性物質(zhì)的機(jī)械式研磨與酸鹼溶液的化學(xué)式研磨兩種作用，將可讓晶圓表面達(dá)到全面性的平坦化，以利後續(xù)薄膜沉積之進(jìn)行。在化學(xué)機(jī)械研磨製程的硬體設(shè)備中，研磨頭被用來將晶圓壓在研磨墊上，並帶動晶圓旋轉(zhuǎn)，而研磨墊則以相反的方向旋轉(zhuǎn)。在進(jìn)行研磨時，由研磨顆粒所構(gòu)成的研漿會被置於晶圓與研磨墊間。影響化學(xué)機(jī)械研磨製程的變數(shù)有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度、研漿與研磨顆粒的化學(xué)成份、溫度、及研磨墊的材質(zhì)與磨損性等等。

隨著薄膜測量