半导体制程培训CMP和蚀刻.pptx.ppt

半导体制造工艺流程 让我们和迈博瑞一起成长 作者 Richard Liu 半导体制造工艺流程 让我们和迈博瑞一起成长 作者 RichardLiu 2 半导体制造工艺流程 刻蚀 刻蚀 Etch 它是半导体制造工艺 微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤 是与光刻相联系的图形化 pattern 处理的一种主要工艺 实际上狭义理解就是光刻腐蚀 先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理 然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分 随着微制造工艺的发展 广义上来讲 刻蚀成了通过溶液 反应离子或其它机械方式来剥离 去除材料的一种统称 成为微加工制造的一种普适叫法 刻蚀 半导体制造工艺流程 干法刻蚀利用等离子体将不要的材料去除 亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方法 湿法刻蚀利用腐蚀性液体将不要的材料去除 显而易见 它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀 湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程 是指利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的 刻蚀种类 半导体制造工艺流程 优点 各向异性好 选择比高 可控性 灵活性 重复性好 细线条操作安全 易实现自动化 无化学废液 处理过程未引入污染 洁净度高 缺点 成本高 设备复杂 干法刻蚀方式 溅射与离子束铣蚀 等离子刻蚀 PlasmaEtching 高压等离子刻蚀 高密度等离子体 HDP 刻蚀 反应离子刻蚀 RIE 干法刻蚀 半导体制造工艺流程 湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用 磨片 抛光 清洗 腐蚀 优点是选择性好 重复性好 生产效率高 设备简单 成本低缺点是 钻刻严重 对图形的控制性较差 不能用于小的特征尺寸 会产生大量的化学废液 湿法刻蚀 半导体制造工艺流程 同性刻蚀 半导体制造工艺流程 什么是Plasma Plasma就是等离子体 台湾一般称为电浆 由气体电离后产生的正负带电离子以及分子 原子和原子团组成 只有强电场作用下雪崩电离发生时 Plasma才会产生 气体从常态到等离子体的转变 也是从绝缘体到导体的转变 Plasma一些例子 荧光灯 闪电等 半导体制造工艺流程 半导体制造工艺流程 等离子刻蚀过程 半导体制造工艺流程 CMP 化学机械平坦化化学机械平坦化 Chemical MechanicalPlanarization CMP 又称化学机械研磨 Chemical MechanicalPolishing 是半导体器件制造工艺中的一种技术 使用化学腐蚀及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理 半导体制造工艺流程 CMP 半导体制造工艺流程 1 平坦化有关的术语 2 传统的平坦化技术 3 化学机械平坦化机理 4 化学机械平坦化应用 半导体制造工艺流程 未平坦化 平滑处理 局部平坦化 全局平坦化 半导体制造工艺流程 单层金属IC的表面起伏剖面 半导体制造工艺流程 传统的平坦化技术 反刻 半导体制造工艺流程 传统的平坦化技术 玻璃回流 半导体制造工艺流程 传统的平坦化技术 旋涂膜层 半导体制造工艺流程 有两种CMP机理可以解释是如何来进行硅片表面平坦化的 1 表面材料与磨料发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层 2 这一反应生成的硅片表面层通过磨料中研磨机和研磨压力与抛光垫的相对运动被机械地磨去 化学机械平坦化机理 半导体制造工艺流程 化学机械平坦化原理图 半导体制造工艺流程 研磨液磨料是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物 研磨材料主要是石英 二氧化铝和氧化铈 其中的化学添加剂则要根据实际情况加以选择 这些化学添加剂和要被除去的材料进行反应 弱化其和硅分子联结 这样使得机械抛光更加容易 在应用中的通常有氧化物磨料 金属钨磨料 金属铜磨料以及一些特殊应用磨料抛光垫通常使用聚亚胺脂 Polyurethane 材料制造 利用这种多孔性材料类似海绵的机械特性和多孔特性 表面有特殊之沟槽 提高抛光的均匀性 垫上有时开有可视窗 便于线上检测 通常抛光垫为需要定时整修和更换之耗材 一个抛光垫虽不与晶圆直接接触 但使用售命约仅为45至75小时 半导体制造工艺流程 研磨液 磨料 平坦化工艺中研磨材料 化学添加剂的混合物 其中的化学添加剂则要根据实际情况加以选择 石英 二氧化铝 氧化铈 氧化物磨料 金属钨磨料 金属铜磨料 特殊应用磨料 半导体制造工艺流程 氧化硅抛光氧化硅抛光主要被应用于平坦化金属层间淀积的层间介质 ILD 磨料中的水和氧化硅发生表面水合作用 从而使氧化硅的硬度 机械强度等有效降低 在机械力的作用下将氧化硅去除 半导体制造工艺流程 CMP氧化硅原理图 半导体制造工艺流程 金属抛光金属抛光与氧化硅抛光机理有一定的区别 采用氧化的方法使金属氧化物在机械研磨中被去除 半导体制造工艺流程 金属CMP的原理 半导体制造工艺流程 半导体制造工艺流程 清洗在抛光工艺过程中 磨料和被抛光对象都会造成硅片的沾污 清洗的主要目的就是为了清除这些沾污物质 使硅片的质量不致受到影响 所采用到的清洗设备有毛刷洗擦设备 酸性喷淋清洗设备 兆声波清洗设备 旋转清洗干燥设备等 清洗步骤主要有氧化硅清洗 浅沟槽隔离清洗 多晶硅清洗 钨清洗 铜清洗等 半导体制造工艺流程 应用化学机械抛光主要用于以下几个方面 深槽填充的平面化 接触孔和过孔中的金属接头的平面化 生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化 半导体制造工艺流程 CMP技术的优点 1 能获得全局平坦化 2 各种各样的硅片表面能被平坦化 3 在同一次抛光过程中对平坦化多层材料有用 4 允许制造中采用更严格的设计规则并采用更多的互连层 5 提供制作金属图形的一种方法 6 由于减小了表面起伏 从而能改善金属台阶覆盖 7 能提高亚0 5微米器件和电路的可靠性 速度和成品率 8 CMP是一种减薄表层材料的工艺并能去除表面缺陷 9 不使用在干法刻蚀工艺中常用的危险气体 半导体制造工艺流程 CMP技术的缺点 1 CMP技术是一种新技