加工工艺3_XXXX

半导体加工秦明半导体加工工艺原理概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOS半导体加工秦明光刻将掩模版上的图形转移到硅片上半导体加工秦明LithographcSystem光刻系统的设备需要甩胶机烘箱或热板对准与暴光机对准机Aligner-3个性能标准分辨率:3σ10%线宽对准:产量半导体加工秦明半导体加工秦明半导体加工秦明光刻分辨率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秦明光源系统光源HgArclamps436(G-line),405(H-line),365(I-line)nmExcimerlasers:KrF(248nm)andArF(193nm)半导体加工秦明接触式光刻ResolutionR0.5µm掩膜板容易损坏或沾污半导体加工秦明接近式光刻最小特征尺寸：K~1,~波长，g~间距最小特征尺寸~3umgkWmin半导体加工秦明投影式光刻增加数值孔径NA，最小特征尺寸减小，但聚焦深度也减小，必须折中考虑。NAkWminmmW4.06.0365.075.0minm2.30.4,NAnm,3652NA聚焦深度半导体加工秦明光刻胶负胶NegativeResist---爆光区域保留正胶PositiveResist---爆光区域去除光刻胶的成份Resin或basematerialsPhotoactivecompound(PAC)Solvent灵敏度---发生化学变化所需的光能量分辨率---在光刻胶上再现的最小尺寸半导体加工秦明聚合物聚合物是由许多小的重复单元连接而成的。结构：串联、分支、交联光刻胶爆光产生断链正胶爆光产生交联负胶半导体加工秦明DQN正胶感光化合物DQ基体材料N半导体加工秦明DQN正胶的典型反应PAC的氮分子键很弱，光照会使其脱离Wolff重组，形成乙烯酮初始材料不溶于基本溶液PAC为抑制剂。半导体加工秦明DQN正胶感光机理邻叠氮萘醌类化合物经紫外光照射后，分解释放出氮气，同时分子结构进行重排，产生环的收缩作用，再经水解生成茚羧酸衍生物，成为能溶于碱性溶液的物质，从而显示图形半导体加工秦明光刻胶的对比度半导体加工秦明光刻胶的对比度对比度：)/(log1010010DD半导体加工秦明光刻胶的涂敷与显影半导体加工秦明显影中的三个主要问题半导体加工秦明甩胶半导体加工秦明半导体加工秦明先进光刻技术浸入光刻ImmersionLithography电子束光刻ElectronbeamLithographyX-RayLithography离子束光刻IonBeamLithography纳米压印光刻NanoimprintLithography半导体加工秦明浸入光刻Aliquidwithindexofrefractionn1isintroducedbetweentheimagingopticsandthewafer.优点:分辨率与n成正比;聚焦深度增加半导体加工秦明电子束光刻波长例:30keV,=0.07A缺点:束流大,10’smA产量低,10wafers/hr.半导体加工秦明X-RayLithographySynchrotronRadiation23)()(64.18)()(6.5)(GeVETBGeVEmrA半导体加工秦明投影式X射线光刻半导体加工秦明离子束光刻半导体加工秦明Pt淀积半导体加工秦明FEA制造半导体加工秦明纳米压印光刻半导体加工秦明纳米压印光刻极高分辨率:可以形成10nm的结构半导体加工秦明半导体加工工艺原理概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOS半导体加工秦明刻蚀硅片表面形成光刻胶图形后，通过刻蚀将图形转移到wafer上干法、湿法等FigureofMerit:刻蚀速率均匀性选择比例：20:1=polysilicon:siliconoxide半导体加工秦明刻蚀钻刻EtchrateanisotropyRL:lateraletchrateRV:verticaletchrateA=0,isotropicetchingA=1,anisotropicetchingVLRRA1半导体加工秦明腐蚀选择性S的定义WetEtchingS受化学溶液,浓度和温度控制RIES受等离子参数、气氛、气压、流量和温度影响的垂直腐蚀速率材料的垂直腐蚀速率材料BASAB半导体加工秦明刻蚀PhysicaletchingChemicaletching半导体加工秦明湿法腐蚀Anisotropy工艺简单高选择比无衬底损伤非各向异性工艺控制差沾污半导体加工秦明腐蚀过程1反应剂传输到表面2化学反应3生成物离开表面半导体加工秦明常见材料的腐蚀SiO2的腐蚀6:1=HFThermalsilicondioxide,1200Å/minSiO2+6HFH2+SiF6+2H2ONH4FNH3+HFSi3N4的腐蚀20:1BHFatRT10Å/minH3PO4,140~200℃~100A/min3:10mixtureof49%HF(inH2O)and70%HNO3at70℃RSiO2/RSi100:1半导体加工秦明常见材料的腐蚀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—降低腐蚀液表面张力水—调节腐蚀液浓度半导体加工秦明硅的腐蚀•HF/HNO3•Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2+H2O半导体加工秦明硅的腐蚀KOH:IPA:H2O=23.4:13.5:63R(100)~100XR(111)SiO2可以作为短时间掩膜半导体加工秦明全自动湿法腐蚀操作设备半导体加工秦明手动腐蚀设备操作半导体加工秦明ChemicalMechanicalPolishing(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0.03-0.14m半导体加工秦明等离子刻蚀容易控制对温度不敏感高各向异性刻蚀步骤:气体离化、离子扩散到硅片表面、膜反应、生成物解析、抽离反应腔半导体加工秦明工作气体刻蚀原理含硅化合物CF4金属铝BCl3+Cl2金属钨CF4/O2C+F*CF4等离子体SiO2+F*SiF4+O2BCl3等离子体B+Cl*Al+Cl*AlCl3C+F*CF4等离子体W+F*WF3等离子刻蚀半导体加工秦明直流辉光放电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秦明射频放电直流放电绝缘材料表面由于产生二次电子会屏蔽电场交流放电半导体加工秦明刻蚀设备半导体加工秦明高压等离子刻蚀高压平均自由程腔体尺寸刻蚀主要靠化学作用少量的O2加入可以提高CF4刻蚀速率C+OCO2C—F+Si—Si=Si—F+17kcal/mole500mTorrCF4对Si的腐蚀的基本思想是Si-F代替Si-Si：等离子打破105kcal/mole打破能量42.2kcal/mole130kcal/mole半导体加工秦明选择性刻蚀H2加入减少F，形成富碳等离子。半导体加工秦明IonMilling采用的惰性气体Ar纯粹的物理轰击高定向性选择比差半导体加工秦明离子铣可能带来的问题斜坡转移不均匀刻蚀沟槽半导体加工秦明ReactiveIonEtching(RIE)硅片放置在功率电极上低压工作,离子的平均自由程较大半导体加工秦明RIECl对硅进行各向异性刻蚀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秦明RIE草地问题半导体加工秦明DamageinRIE衬底上残余损伤在聚合物刻蚀中，会留下残膜。气相颗粒淀积衬底上可能有金属杂质物理损伤和杂质drivein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秦明HDP刻蚀磁场的存在，电子的路径被延长了很多，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激发半导体加工秦明半导体加工秦明半导体加工工艺原理概述半导体衬底热氧化扩散离子注入光刻刻蚀化学气相淀积物理淀积外延工艺集成CMOS双极工艺BiCMOS半导体加工秦明ChemicalVaporDeposition(CVD)化学反应过程气体通过热反应腔时发生分解反应半导体加工秦明CVD气相淀积具有很好的台阶覆盖特性APCVD=AtmosphericPressureCVD硅片平放LPCVD=LowPressureCVD硅片竖放PECVD=PlasmaEnhancedCVD硅片平放HDPCVD=High-DensityCVD硅片平放半导体加工秦明APCVD淀积速率快系统简单均匀性差硅片温度240-450OC常用淀积SiO2O2:silane=3:1N2diluent改善表面PSG(phosphosilicateglasses)reflowBPSG(Borophosphosilicateglasses)reflow半导体加工秦明HotwallLPCVD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半导体加工秦明LPCVD多晶硅淀积575-650oC淀积速率：100~1000A/min非晶态600oCPH3原位掺杂Si3N4淀积700-900oCSiO2淀积台阶覆盖能力和均匀性优异半导体加工秦明PECVD(Plasma-EnhancedCVD)应用Al上淀积SiO2GaAs上淀积Si3N4RFplasma给系统提供能量PECVD类型ColdwallparallelplateHotwallparallelplateECR(ElectroncyclotronResonance)半导体加工秦明PECVD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能力(用高密度等离子体CVD)；淀积的膜对硅片有优良的粘附能力；高的淀积速率；少的针孔和空洞，因而有高的膜密度；腔体可利用等离子体清洗。半导体加工秦明PECVD半导体加工秦明PECVDECRN2⇒2NN与Silane反应形成SixNyHDP(HighDensityPlasma)的低压强0.01Torr导致长的平均自由程stepcoverage差若系统设计成有一定的离子轰击，可以改善台阶PECVDSiliconnitridefinalpassivationorscratchprotectionlayer300–400℃,ArorHeSiH4NH3orN2半导体加工秦明PECVD半导体加工秦明PECVDSi3N4PECVDGrowthratedensityatomiccontentPECVDsiliconnitride用于metalinterconnect的隔离层半导体加工秦明PECVD(Plasma-EnhancedCVD)氧化物淀积氮氧化硅半导体加工秦明MetalCVD溅射的台阶覆盖不好过去的技术：“钉头”降低了布线密度金属CVD可以填充接触孔半导体加工秦明MetalCVDWuCVD400oCTiN黏附