加工工艺ppt课件

1、半导体加工半导体加工 秦明秦明半导体加工工艺原理半导体加工工艺原理概述概述半导体衬底半导体衬底热氧化热氧化分散分散离子注入离子注入光刻光刻刻蚀刻蚀化学气相淀积化学气相淀积物理淀积物理淀积外延外延工艺集成工艺集成CMOS双极工艺双极工艺BiCMOS半导体加工半导体加工 秦明秦明光刻 将掩模版上的图形转将掩模版上的图形转移到硅片上移到硅片上半导体加工半导体加工 秦明秦明Lithographc System光刻系统的设备需求甩胶机烘箱或热板对准与暴光机对准机Aligner-3个性能规范分辨率: 310%线宽对准: 产量半导体加工半导体加工 秦明秦明半导体加工半导体加工 秦明秦明半导体加工半导体加工

2、秦明秦明光刻分辨率 对准机和光刻胶的分辨率是爆光波长的函数 波长越短, 分辨率越高 短波长能量高，爆光时间可以更短、散射更小半导体加工半导体加工 秦明秦明光源系统 光源 Hg Arc lamps 436(G-line), 405(H-line), 365(I-line) nm Excimer lasers: KrF (248nm) and ArF (193nm)半导体加工半导体加工 秦明秦明接触式光刻 Resolution R 1 is introduced between the imaging optics and the wafer. 优点: 分辨率与n成正比; 聚焦深度添加半导体加工半

3、导体加工 秦明秦明电子束光刻电子束光刻 波长 例: 30keV, =0.07A 缺陷: 束流大, 10s mA 产量低, 10wafers/hr.半导体加工半导体加工 秦明秦明X-Ray Lithography Synchrotron Radiation23)()(64.18)()(6 . 5)(GeVETBGeVEmrA半导体加工半导体加工 秦明秦明投影式X射线光刻半导体加工半导体加工 秦明秦明离子束光刻离子束光刻半导体加工半导体加工 秦明秦明Pt 淀积半导体加工半导体加工 秦明秦明FEA 制造半导体加工半导体加工 秦明秦明纳米压印光刻纳米压印光刻半导体加工半导体加工 秦明秦明纳米压印光刻纳

4、米压印光刻 极高分辨率: 可以构成100:1半导体加工半导体加工 秦明秦明常见资料的腐蚀 Aluminum H3PO4 + CH3COOH + HNO3 + H2O (30oC) 磷酸H3PO4起主要的腐蚀作用 硝酸HNO3改善台阶性能 醋酸降低腐蚀液外表张力 水调理腐蚀液浓度半导体加工半导体加工 秦明秦明硅的腐蚀 HF/HNO3 Si + HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2+H2O半导体加工半导体加工 秦明秦明硅的腐蚀 KOH : IPA : H2O =23.4 : 13. 5 : 63R(100) 100X R(111)SiO2可以作为短时间掩膜半导体加工半导体加工 秦明秦明全自

5、动湿法腐蚀操作设备半导体加工半导体加工 秦明秦明手动腐蚀设备操作半导体加工半导体加工 秦明秦明Chemical Mechanical Polishing(CMP) 互连平坦化 以KOH, 或NH4OH为基体的含SiO2颗粒的磨料 颗粒尺寸 0.03-0.14m半导体加工半导体加工 秦明秦明等离子刻蚀 容易控制 对温度不敏感 高各向异性 刻蚀步骤: 气体离化、离子分散到硅片外表、膜反响、生成物解析、抽离反响腔半导体加工半导体加工 秦明秦明工作气工作气体体刻蚀原理刻蚀原理含硅化含硅化合物合物CF4金属铝金属铝BCl3+Cl2金属钨金属钨CF4/O2C+F*CF4等离子体等离子体SiO2+F*SiF

6、4 +O2BCl3等离子体等离子体B+Cl*Al+ Cl*AlCl3C+F*CF4等离子体等离子体W+F*WF3等离子刻蚀等离子刻蚀半导体加工半导体加工 秦明秦明直流辉光放电 典型压力：1Torr 极间电场：100V/cm裂解 e* + AB A + B + e 原子离化 e* + A A+ + e + e 分子离化 e* + AB AB+ + e + e原子激发 e* + A A* + e分子激发 e* + AB AB* + e半导体加工半导体加工 秦明秦明直流辉光放电 极间高压电弧产生离子和电子 阴极产生二次电子半导体加工半导体加工 秦明秦明射频放电 直流放电 绝缘资料外表由于产生二次电子

7、会屏蔽电场 交流放电半导体加工半导体加工 秦明秦明刻蚀设备刻蚀设备半导体加工半导体加工 秦明秦明高压等离子刻蚀 高压平均自在程腔体尺寸 刻蚀主要靠化学作用 少量的O2参与可以提高CF4刻蚀速率 C+OCO2C F + Si Si = Si F + 17kcal/mole500 mTorr CF4 对 Si 的腐蚀的根本思想是Si-F替代Si-Si： 等离子突破105kcal/mole突破能量42.2kcal/mole130kcal/mole半导体加工半导体加工 秦明秦明选择性刻蚀 H2参与减少参与减少F，构成，构成富碳等离子。富碳等离子。半导体加工半导体加工 秦明秦明Ion Milling 采

8、用的惰性气体Ar 纯粹的物理轰击 高定向性 选择比差半导体加工半导体加工 秦明秦明离子铣能够带来的问题 斜坡转移 不均匀刻蚀 沟槽半导体加工半导体加工 秦明秦明Reactive Ion Etching(RIE) 硅片放置在功率电极上 低压任务, 离子的平均自在程较大半导体加工半导体加工 秦明秦明RIE Cl对硅进展各向异性刻蚀 Cl对不掺杂的硅的腐蚀较慢 对掺杂的N-Si和polySi非常快 衬底电子迁移效应 离子轰击加速了Cl的穿透效应半导体加工半导体加工 秦明秦明RIE 草地问题半导体加工半导体加工 秦明秦明Damage in RIE 衬底上剩余损伤 在聚合物刻蚀中，会留下残膜。 气相颗粒

9、淀积 衬底上能够有金属杂质 物理损伤和杂质drive in 含C的RIE刻蚀30-300A硅碳化合物和损伤 Si-H键缺陷损伤半导体加工半导体加工 秦明秦明HDP刻蚀 磁场的存在，电子的途径被延伸了很多，碰撞几率增大，导致离子密度和自用基的密度很大。 ECR系统 Si、SiO2的高选择性 ICP系统 不需外加磁场，用RF激发半导体加工半导体加工 秦明秦明半导体加工半导体加工 秦明秦明半导体加工工艺原理半导体加工工艺原理概述概述半导体衬底半导体衬底热氧化热氧化分散分散离子注入离子注入光刻光刻刻蚀刻蚀 化学气相淀积化学气相淀积 物理淀积物理淀积 外延外延 工艺集成工艺集成 CMOS 双极工艺双极工

10、艺 BiCMOS半导体加工半导体加工 秦明秦明Chemical Vapor Deposition (CVD) 化学反响过程 气体经过热反响腔时发生分解反响半导体加工半导体加工 秦明秦明CVD 气相淀积具有很好的台阶覆盖特性 APCVD = Atmospheric Pressure CVD 硅片平放 LPCVD = Low Pressure CVD 硅片竖放 PECVD = Plasma Enhanced CVD 硅片平放 HDPCVD = High-Density CVD 硅片平放半导体加工半导体加工 秦明秦明APCVD 淀积速率快 系统简单 均匀性差 硅片温度240-450OC 常用淀积Si

11、O2 O2 : silane = 3:1 N2 diluent 改善外表 PSG(phosphosilicate glasses) reflow BPSG(Borophosphosilicate glasses) reflow半导体加工半导体加工 秦明秦明Hot wall LPCVD 热壁 温度分布均匀、对流效应小 冷壁系统 减低壁上淀积 低压: 0.1-1.0Torr半导体加工半导体加工 秦明秦明LPCVD 多晶硅淀积 575-650oC 淀积速率：1001000A/min 非晶态 600oC PH3原位掺杂 Si3N4淀积 700-900oC SiO2淀积 台阶覆盖才干和均匀性优良 半导体

12、加工半导体加工 秦明秦明PECVD(Plasma-Enhanced CVD) 运用 Al上淀积SiO2 GaAs上淀积Si3N4 RF plasma给系统提供能量 PECVD 类型 Cold wall parallel plate Hot wall parallel plate ECR (Electron cyclotron Resonance)半导体加工半导体加工 秦明秦明PECVD的优点的优点 更低的工艺温度(250至450)； 对高的深宽比间隙有好的填充才干(用高密度等离子体CVD)； 淀积的膜对硅片有优良的粘附才干； 高的淀积速率； 少的针孔和空洞，因此有高的膜密度； 腔体可利用等离子

13、体清洗。半导体加工半导体加工 秦明秦明PECVD半导体加工半导体加工 秦明秦明PECVD ECR N2 2N N与Silane反响构成 SixNy HDP(High Density Plasma)的低压强0.01 Torr导致长的平均自在程step coverage差假设系统设计成有一定的离子轰击，可以改善台阶 PECVD Silicon nitride final passivation or scratch protection layer 300 400, Ar or He SiH4 NH3 or N2半导体加工半导体加工 秦明秦明PECVD半导体加工半导体加工 秦明秦明PECVD Si3N4 PECVD Growth rate densityatomic content PECVD silicon nitride用于metal interconnect的隔离层半导体加工半导体加工 秦明秦明PECVD(Pla