等离子体刻蚀机常见故障及处理方法 1。预抽时压力值无显示或显示值很大，可能是 1）真空泵抽速不够，换泵油或清洗泵体； 2）石英管有破损或没安装好； 3）泵上压差式放气阀漏气，需拆开来清洗； 4）预抽软管漏气，需更换； 5）石英管上盖没盖好； 6）上进气管破损，需更换。 2。主抽时压力值有显示，但值偏高，可能是 1）真空泵抽速不够，换泵油或清洗泵体； 2）压力传感器零点漂移，漂移较少可自行调整，过大需送厂家重新校准； 3）反应室或气路漏气，需对真空管道和气路进行检漏； 4）执行器模块坏了或过热保护使真空碟阀没动作； 5）执行器与真空碟阀的连接轴松动，执行器有动作，而真空碟阀没有动作。 3。送气时压力值偏小，达不到设定的要求，可能是 1）执行器模块坏了或过热保护使真空碟阀没动作； 2）执行器与真空碟阀的连接轴松动，执行器有动作，而真空碟阀没有动作。 4。主抽时压力真空度满足要求，送气时压力过大，达不到设定要求，可能是1）送气时真空泵的抽速不够，换泵油或清洗泵体； 2）质量流量计损坏，流量过大。 5。送气时压力控制不稳定，可能是 1）压力控制器PID参数不合适，重新调整PID参数； 2）执行器开度太小，调整各工艺参数大小，使执行器开度在15~20之间控制较稳定。6。送气时压力稳定，但辉光时压力控制不住，上下波动，可能是 1）辉光时的射频干扰，需要重新调整地线的位置或线圈的接入点； 2）检查各射频接头是否松动，接点是否接触很好。 7。辉光时反应室不起辉，板压板流正常，反射功率大，调不下来，可能是1）射频输出线接头有短路，拆开接头检查； 2）反应室的射频接头连接线脱落。 8。辉光时有板压但很小，板流很大，无辉光，可能是 1）RF电源功率调整板坏，需更换； 2）FU100电子管有短路，需更换； 3）RF电源前级推动板坏，需厂家维修； 4）在RF输出线路上有电容短路，需更换。 9。辉光时有板压，但很大，没板流，不起辉，可能是 1）RF电源的功率调整板坏，需更换； 2）射频功率输出电缆短路。 10。辉光时调节功率调节旋钮不起作用，没有板压，也没有板流，可能是1）FU100电子管损坏，需更换； 2）环形变压器损坏，需更换； 3）功率调整板损坏，需更换。 11。辉光时亮度很暗，而且反应室上部亮而下部暗或不亮，匹配难调节，可能是1）压力传感器零点漂移，显示的压力值不是正确的； 2）射频输入线圈的接入点位置需要调整。
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅 片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ 系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ 系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ 系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT 模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI 装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV 紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统, 组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广 泛用于微电子医院制药生化制品食品卫生精细化工精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用 防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP 为游离磨料CMP 。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发 单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
反应离子刻蚀技术的原理-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
摘要：详细阐述离子刻蚀技术的原理，反应腔功能与结构设计，着重介绍适应集成电路特征尺寸微细化发展所采用的新技术。关键词：刻蚀，等离子体，射频 Author: 刘晓明 from Applied Material (China) --SolidState Technology( China) 前言目前，整个集成电路制造技术向着高集成度、小特征尺寸（CD）的方向发展。硅片直径从最初的4英寸发展到已批量生产的12英寸生产线。同时，衡量半导体制造技术的关键参数－特征尺寸亦朝着微细化方向发展，从最初的5祄发展到当前的110nm、90nm、65nm。而刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。刻蚀技术分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀采用化学腐蚀进行，是传统的刻蚀工艺。它具有各项同性的缺点，即在刻蚀过程不但有所需要的纵向刻蚀，还有不需要的横向刻蚀，因而精度差，线宽一般在3祄以上。干法刻蚀是因应大规模集成电路电路生产的需要而被开发出的精细加工技术，它具有各项异性的特点，在最大限度上保证了纵向刻蚀，还控制了横向刻蚀。目前流行的典型设备为反应离子刻蚀（RIE-Reactive Ion Etch）系统。它已被广泛应用于微处理器（CPU）、存储（DRAM）和各种逻辑电路的制造中。其分类按照刻蚀的材料分为介电材料刻蚀（Dielectric Etch）、多晶硅刻蚀（Poly-silicon Etch）和金属刻蚀（Metal Etch）。反应离子刻蚀技术的原理刻蚀精度主要是用保真度（Profile）、选择比（Selectivity）、均匀性（Uniformity）等参数来衡量。所谓保真度度，就是要求把光刻胶的图形转移到其下的薄膜上,即希望只刻蚀所要刻蚀的薄膜，而对其上的掩膜和其下的衬底没有刻蚀。事实上，以上三个部分都会被刻蚀，只是刻蚀速率不同。选择比（Selectivity）就是用来衡量这一指标的参数。S=V/U（V为对薄膜的刻蚀速率，U为对掩膜或衬底的刻蚀速率），S越大则选择比越好。由于跨越整个硅片的薄膜厚度和刻蚀速率不尽相同，从而也导致图形转移的不均匀，尤其是中心（Center）和边缘（Edge）相差较大。因而均匀性（Etch Rate Uniformity）成为衡量这一指标的重要参数。除以上参数外，刻蚀速率（Etch Rate）也是一个重要指标，它用来衡量硅片的产出速度，刻蚀速率越快，则产出率越高。反应离子刻蚀是以物理溅射为主并兼有化学反应的过程。通过物理溅射实现纵向刻蚀，同时应用化学反应来达到所要求的选择比，从而很好地控制了保真度。刻蚀气体（主要是F基和CL基的气体）在高频电场（频率通常为13.56MHz）作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成“等离子体”（Plasma）。在等离子体中，包含有正离子（Ion+)、负离子（Ion-）、游离基（Radical）和自由电子（e）。游离基在化学上是很活波的，它与被刻蚀的材料发生化学反应，生成能够由气流带走的挥发性化合物，从而实现化学刻蚀。另一方面，如图1所示，反应离子刻蚀腔体采用了阴极（Cathode）面积小，阳极面积大的不对称设计。在射频电源所产生的电场的作用下带负电的自由电子因质量小、运动速度快，很快到达阴极；而正离子则由于质量大，速度慢不能在相同的时间内到达阴极, 从而使阴极附近形成了带负电的鞘层电压。同时由于反应腔的工作气压在10-3~10-2Torr, 这样正离子在阴极附近得到非常有效的加速，垂直轰击放置于阴极表面的硅片，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应及反应生成物的脱附，从而导致很高的刻蚀速率。正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现。 [attach]201183[/attach] 图1. DPSII 刻蚀腔结构图初期的射频系统普遍为电容式耦合单射频系统设计（Bias RF）。但随着工艺要求的不断提高，双射频设计（Bias RF 和Source RF）开始被广泛应用。特别是到65nm以后，这已经成为必然选择。该设计方式能把离子的轰击速度和浓度分开控制，从而更好地控制刻蚀速率、选择比、均匀性和特
磁控溅射台技术参数 一、设备名称：磁控溅射台 二、采购数量：1台 三、技术参数及配置要求： 1.真空室：不锈钢真空室 2.极限真空：6.7×10-5 Pa（环境湿度≤55%）； 3.真空室漏气率：≤5.0×10-7 Pa?L/s； 4.抽气速率：系统短时间暴露大气并充干燥N2开始抽气，溅射室30分钟可达到9.0×10-4 Pa； 5.真空室保压：系统停泵关机12小时后真空度：≤5Pa； 6.溅射材料：至少3inch向下兼容；各种金属、合金、化合物、陶瓷、超导、铁磁、铁电、热电、磁性材料薄膜 7.溅射靶：Φ60mm可弯曲磁控溅射靶三只（其中一只为强磁靶），上置安装，靶基距6~10cm范围内可调； 8.溅射不均匀性：≤±5%（共溅工位Φ75mm范围内，直溅工位Φ37.5mm范围内） 9.溅射室规格：内空容量≥0.1m3 10工件台旋转：中心工位自转，转速5~30rpm可调， 11样品加热：样品衬底可加热，共溅加热温度≥600℃，直溅三工位加热温度均达到≥400℃，多段控温模式，控温精度±1%， 12．载片量：Φ75mm 样片一片。 13．高效实验模式。一炉可以完成不少于3次的相互无污染的独立工艺试验。 14．进口射频电源：600W，一台。 15．进口直流电源，1000W，一台。 16．偏压电源，一台。 17．质量流量控制器2台，气路三条Ar、O2、N2，并提供气体Ar、O2、N2各一瓶，以及相关减压阀。 18．复合分子泵，600升/秒，设备选用不低于中科科仪产品。 19．外企生产机械泵：8升/秒，设备选用不低于日本真空独资宁波爱发科产品。
20．超高真空插板阀。 21．自动压力控制系统，配套进口规管。 22．全自动控制系统，包括进口控制模块、工控机、控制软件。 23．配套循环冷却水机、静音空气压缩机。 24. 配套靶材7种：Al、Cu、Cr、Ti、Si、SiO2、Au（其中靶材Au为Φ60mm*3mm，纯度不低于99.99%，其他6种为Φ60mm*5mm，高纯）。 四、安装、售后及培训： 1、交货期：合同正式生效后30天内到货。 2、质保期：自验收之日起，仪器设备至少免费保修三年。 3、包含该设备运输，上楼搬运，所需气路实验室内部铺设。仪器安装、验收：专业工程师提供免费的安装调试，并按照出厂指标验收。 4、培训：免费提供该仪器设备培训；提供本设备全套操作教学视频。
干法刻蚀之铝刻蚀 在集成电路的制造过程中，刻蚀就是利用化学或物理方法有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。 干法的各向异性刻蚀，可以用表面损伤和侧壁钝化两种机制来解释。表面损伤机制是指，与硅片平行的待刻蚀物质的图形底部，表面的原子键被破坏，扩散至此的自由基很容易与其发生反应，使得这个方向的刻蚀得以持续进行。与硅片垂直的图形侧壁则因为表面原子键完整，从而形态得到保护。侧壁钝化机制是指，刻蚀反应产生的非挥发性的副产物，光刻胶刻蚀产生的聚合物，以及侧壁表面的氧化物或氮化物会在待刻蚀物质表面形成钝化层。图形底部受到离子的轰击，钝化层会被击穿，露出里面的待刻蚀物质继续反应，而图形侧壁钝化层受到较少的离子轰击，阻止了这个方向刻蚀的进一步进行。 在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及0.13um 以上的逻辑产品中。本文着重介绍金属铝的刻蚀工艺。
金属铝刻蚀通常用到以下气体：Cl2、BCl3、Ar、 N2、CHF3和C2H4等。Cl2作为主要的刻蚀气体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物AlCl3被气流带出反应腔。BCl3一方面提供BCl3＋，垂直轰击硅片表面，达到各向异性的刻蚀。另一方面，由于铝表面极易氧化成氧化铝，这层自生氧化铝在刻蚀的初期阻隔了Cl2和铝的接触，阻碍了刻蚀的进一步进行。添加BCl3 则利于将这层氧化层还原（如方程式1），促进刻蚀过程的继续进行。 Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl （1） Ar电离生成Ar＋，主要是对硅片表面提供物理性的垂直轰击。 N2、CHF3和C2H4是主要的钝化气体，N2与金属侧壁氮化产生的AlxNy，CHF3和C2H4与光刻胶反应生成的聚合物会沉积在金属侧壁，形成阻止进一步反应的钝化层。 一般来说，反应腔的工艺压力控制在6-14毫托。压力越高，在反应腔中的Cl2浓度越高，刻蚀速率越快。压力越低，分子和离子的碰撞越少，平均自由程增加，离子轰击图形底部的能力增强，这样刻蚀反应速率不会降低甚至于停止于图形的底部。 目前金属刻蚀机台广泛采用双射频功率源设计，如应用材料公司DPS（decouple plasma source）金属刻蚀机台。偏置功率用来加速正离子，提供垂直的物理轰击，源功率
等离子体刻蚀机原理 什么是等离子体？ ?随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。它们统称为物质的 三态。 ?当气体的温度进一步升高时，其中许多，甚至全部分子或原子将由于激烈的相 互碰撞而离解为电子和正离子。这时物质将进入一种新的状态，即主要由电子和 正离子（或是带正电的核）组成的状态。这种状态的物质叫等离子体。它可以称 为物质的第四态。 等离子体的应用 等离子体的产生
等离子体刻蚀原理 ?等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。 ?这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。 等离子体刻蚀反应
?首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。 CF4→CF3，CF2，CF，C，F ?其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。 ?生产过程中，在CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。 等离子体刻蚀工艺 ?装片 在待刻蚀硅片的两边，分别放置一片与硅片同样大小的玻璃夹板，叠放整齐，用夹具夹紧，确保待刻蚀的硅片中间没有大的缝隙。将夹具平稳放入反应室的支架上，关好反应室的盖子。 检验方法 ?冷热探针法 检验原理 ?热探针和N型半导体接触时，传导电子将流向温度较低的区域，使得热探针处
电子缺少，因而其电势相对于同一材料上的室温触点而言将是正的。 ?同样道理，P型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是负的。 ?此电势差可以用简单的微伏表测量。 ?热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周围，也可以用小型的电烙 铁。 检验操作及判断 ?确认万用表工作正常，量程置于200mV。 ?冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。 ?用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电压表显示这两点间的电压为负值，说明导电类型为p，刻蚀合格。相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是否为p型。 ?如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批硅片需要重新装片，进行刻蚀。 一．等离子体刻蚀工艺原理: 等离子体刻蚀机是基于真空中的高频激励而产生的辉光放电将四氟化碳中的氟离子电离出来从而获得化学活性微粒与被刻蚀材料起化学反应产生辉发性物质进行刻蚀的。同时为了保证氟离子的浓度和刻蚀速度必须加入一定比例的氧气生成二氧化碳。 二．主要用途及适用范围： 该设备主要对太阳能电池片周边的P—N结进行刻蚀，使太阳能电池片周边呈开路状态。也可用于半导体工艺中多晶硅，氮化硅的刻蚀和去胶。 三．使用环境及工作条件： 1）环境温度：5℃—40℃； 2）相对湿度：<70%； 3）环境净化等级：>10000级； 4）大气压强：一个标准大气压； 5）电源：三相交流380（1±10%）V，频率50 （1±10%）Hz； 6）所用气体压力：0.1Mpa—0.2 Mpa；所用气体为四氟化碳、氧气和氮气。 7）每台设备要有良好的，独立的接地且接地电阻最好小于0.1Ω；四．总体结构： 本设备由真空管路系统、气路系统、反应室、压力控制系统、SY型射频功率源、电源供电及控制部分组成。 1）真空管路系统主要由2X—15型旋片式真空泵、电磁隔断放气阀、波纹管、碟阀、预抽阀、电磁隔断阀组成。 2）气路系统主要由控制四氟化碳、氧气、尾气、稀释、氮气的电磁阀及不锈钢管和软管组成。其中为了精确控制四氟化碳和氧气10:1的混合比例，在控制四氟化碳和氧气电磁阀的后级加了质量流量计。（这里要附带讲一下关于工作压差的问题，我们所用的质量流量计的工作压差为0.1Mpa—0.5Mpa。而反应室的辉光工作压力为80Pa或更低，尤其是在充气瞬间。因此这就是为什么要求供气压力设定为0.1Mpa—0.2 Mpa的原因。以前出现过由于硅片刻不通，操作
杭州电子科技大学研究生考试卷（B卷）
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1、什么是CMOS器件的闩锁效应描述三种阻止闩锁效应的制造技术。（12分） 答：闩锁效应就是指CMOS器件所固有的寄生双极晶体管（又称寄生可控硅，简称SCR）被触发导通，在电源和地之间形成低阻抗大电流的通路，导致器件无法正常工作，甚至烧毁器件的现象。这种寄生双极晶体管存在CMOS器件内的各个部分，包括输入端、输出端、内部反相器等。当外来干扰噪声使某个寄生晶体管被触发导通时，就可能诱发闩锁，这种外来干扰噪声常常是随机的，如电源的浪涌脉冲、静电放电、辐射等。闩锁效应往往发生在芯片中某一局部区域，有两种情况：一种是闩锁只发生在外围与输入、输出有关的地方，另一种是闩锁可能发生在芯片的任何地方，在使用中前一种情况遇到较多。? 2、为什么要用区熔法生长硅晶体比较FZ和CZ优缺点。（10分） 答：（1）原因：因为区熔法可以得到低至1011cm-1的载流子浓度。区熔生长技术的基本特点是样品的熔化部分是完全由固体部分支撑的，不需要坩埚。柱状的高纯多晶材料固定于卡盘，一个金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过柱状多晶，在金属线圈中通过高功率的射频电流，射频功率技法的电磁场将在多晶柱中引起涡流，产生焦耳热，通过调整线圈功率，可以使得多晶柱紧邻线圈的部分熔化，线圈移过后，熔料在结晶为为单晶。另一种使晶柱局部熔化的方法是使用聚焦电子束。整个区熔生长装置可置于真空系统中，或者有保护气氛的封闭腔室内 （2）CZ和FZ区别：CZ是直拉法，就是首先把多晶硅置于坩埚内加热熔化，然后采用小的结晶“种子”——籽晶，再慢慢向上提升、结晶，获得大的单晶锭。 （3）CZ和FZ优缺点比较：FZ是水平区域熔化生长法，就是水平放置、采用感应线圈加热、并进行晶体生长的技术。直拉法在Si单晶的制备中更为常用，占75％以上。直拉法制备Si单晶的优点是：1）成本低；2）能制备更大的圆片尺寸，6英寸（150mm）及以上的Si单晶制备均采用直拉法，目前直拉法已制备出400mm（16英寸）的商用Si单晶；3）制备过程中的剩余原材料可重复使用；4）直拉法制备的Si单晶位错密度低，0～104cm-2。直拉法制备Si单晶的主要缺点是，由于使用坩埚，Si单晶的纯度不如区熔法。区熔法制备Si单晶的主要优点是，由于不使用坩锅，可制备高纯度的硅单晶，电阻率高达2000Ω-mm，因此区熔法制备的Si单晶主要用于功率器件及电路。区熔法制备Si单晶的缺点是：1）成本高； 3、什么是LOCOS和STI为什么在高级IC工艺中，STI取代了LOCOS（12分） 答：（1）LOCOS：即“硅的局部氧化”技术（Local Oxidation of Silicon）CMOS工艺最常用的隔离技术就是LOCOS（硅的选择氧化）工艺，它以氮化硅为掩膜实现了硅的选择氧化，在这种工艺中，除了形成有源晶体管的区域以外，在其它所有重掺杂硅区上均生长一层厚的氧化层，称为隔离或场氧化层。-常规的LOCOS工艺由于有源区方向的场氧侵蚀（SiN边缘形成类似鸟嘴的结构，称为“鸟喙效应”bird beak)和场注入的横向扩散，使LOCOS工艺受到很大的限制。 STI：浅沟槽隔离(STI)是用于隔绝活动区域的制造方法，它会使实际电流不同于模拟结果。具体情
等离子体刻蚀 ●集成电路的发展 1958年：第一个锗集成电路 1961年：集成8个元件 目前：集成20亿个元件 对比： 第一台计算机（EN IAC，1946），18000 只电子管, 重达30 吨, 占 地180 平方米, 耗电150 千瓦。奔II芯片：7.5百万个晶体管 ●集成电路发展的基本规律 穆尔法则：硅集成电路单位面积上的晶体管数，每18个月翻一番，特征尺寸下降一半。 集成度随时间的增长： 特征长度随时间的下降：
集成电路制造与等离子体刻蚀 集成电路本质：微小晶体管，MOS场效应管的集成 微小晶体管，MOS场的制作：硅片上微结构制作----槽、孔早期工艺：化学液体腐蚀----湿法工艺 5微米以上 缺点: (a)腐蚀性残液----->降低器件稳定性、寿命 (b)各向同性 (c)耗水量大（why） (d)环境污染
随着特征尺寸的下降，湿法工艺不能满足要求，寻求新的工艺----> 等离子体干法刻蚀，在1969引入半导体加工，在70年代开始广泛应用。
等离子体刻蚀过程、原理： 4
刻蚀三个阶段 (1) 刻蚀物质的吸附、反应 (2) 挥发性产物的形成; (3) 产物的脱附, 氯等离子体刻蚀硅反应过程 Cl2→Cl+Cl Si（表面）+2Cl→SiCl2 SiCl2+ 2Cl→SiC l4（why） CF4等离子体刻蚀SiO2反应过程 离子轰击作用 三种主要作用 （1）化学增强物理溅射(Chemical en2hanced physical sputtering) 例如,含氟的等离子体在硅表面形成的SiF x 基与元素 Si 相比,其键合能比较低,因而在离子轰击时具有较高 的溅射几率, （2）晶格损伤诱导化学反应(damage - induced chemical reaction) 离子轰击产生的晶格损伤使基片表面与气体物质的反 应速率增大 （3）化学溅射(chemical sputtering) 活性离子轰击引起一种化学反应,使其先形成弱束缚的 分子,然后从表面脱附。 其他作用 ?加速反应物的脱附 ---> 提高刻蚀反应速度 ?控制附加沉积物---> 提高刻蚀的各向异性
集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水；且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即采用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1－6所示。 图1－6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本采用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250℃高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2→SiO2
扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B 2H 6）作为N －源和磷烷（PH 3）作为P +源。工艺生产过程中通常分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH 3 → 2P + 3H 2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的基片 涂胶后基片 光刻胶 阻挡层
最新LED芯片制造设备及其工艺介绍 时间：2011-1-23打印本文 LED是技术引导型产业，特别是技术与资本密集型的芯片制造业，需要高端的工艺设备提供支撑。但与半导体投资热潮下的“瓶颈”类似，设备研发与产业膨胀仍然存在着速度匹配的问题，尤其是在高端设备领域，大部分设备仍然需要依赖进口。进口设备的价格昂贵，采购周期过 长，使中国的LED芯片制造行业急需本土设备的成长和崛起。 一、上游外延片生长设备国产化现状 LED产业链通常定义为上游外延片生长、中游芯片制造和下游芯片封装测试及应用三个环节。从上游到下游行业，进入门槛逐步降低，其中LED产业链上游外延生长技术含量最高，资本投入密度最大，是国际竞争最激烈、经营风险最大的领域。在LED产业链中，外延生长与芯片制造约占行业利润的70%，LED封装约占10%～20%，而LED应用大约也占10%~20%。 产业链各环节使用的生产设备从技术到投资同样遵循上述原则，在我国上游外延片生长和中游芯片制造的60余家企业中，核心设备基本上为国外进口，技术发展受制于人，且技术水平尚无法与国际主流厂商相比。这就意味着我国高端LED 外延片、芯片的供应能力远远不能满足需要，需大量进口，从而大大制约了国内LED产业的发展和盈利能力。 表1 LED产业链概况及关键设备介绍 产业链产品关键设备 上游原材料—单晶 棒—单晶片— PSS—外延片单晶片、图形化衬底PSS、外延片 MOCVD, ICP刻蚀机, 光刻机, PECVD 中游金属蒸镀—光 刻—电极制作 (热处理、刻蚀 芯片切割—测 试分选LED芯片 ICP刻蚀机,光刻机,蒸发台,溅射台，激光划片机 下游固晶（芯片粘 贴）—打线 （焊接）—树 脂封装剪角— 应用产品灯泡、显示屏、背光源等 固晶机、焊线机等 上游外延生长，由于外延膜层决定了最终LED光源的性能与质量，是LED生产流程的核心，用于外延片生长的MOCVD也因其技术难度高、工艺复杂成为近年来最受瞩目，全球市场垄断最严重的设备。因此，该设备的国产化受到了国内产业界的热捧，一些企业和研究机构也启动了MOCVD的研发，但何时能实现产业应用还是个未知数。 二、中游芯片制造主要设备现状
干法体硅加工―― 深反应离子刻蚀技术 干法体硅加工的必要性： 高深宽比微结构是MEMS体系必不可少的特征之一，基于硅的优异机械特性和半导体工业的积累，硅被选择作为MEMS 的主要结构材料，但是，湿法刻蚀难以实现任意形状的图形转移，复杂微结构的硅材料在高深宽比硅干法刻蚀获得进展之前是非常困难和有很多限制条件的，因此，人们在硅的深刻蚀加工方面倾注了大量的精力，因此也取得了长足进步，发展称为独具特色的专用加工设备，大有取代湿法刻蚀的趋势。 内容： 等离子体刻蚀技术 硅的刻蚀与高深宽比机制 应用
等离子体刻蚀技术 等离子体的形成： 当一定量的化学气体进入一定压力的腔体，在上下电极加上高电压，产生电弧放电，生成大量的离子和自由电子，这种由部分离化的气体组成的气相物质被称为等离子体 对于气体分子AB，其等离子体中可能含有： A,B,A+,B+,AB+,A*,B*,AB*，e 其中激发态的粒子会自发放电，产生辉光，称为辉光放电现象。于是： 直流激发的辉光放电被称为直流辉光放电 射频电流激发的放电就称为射频放电 对于直流等离子体反应，其典型气压约在1mTorr，典型装置如下：
平板间距决定了激发电源的电压，大约是5厘米对应500V，10厘米对应1000V的水平 处于两极之间的等离子体，正电粒子向负极运动，电子向正极运动，电子更快。 离子最终撞击阴极将产生更多的二次电子，二次电子再向正极运动，并被极间电场加速，当能量足够高时，与腔室内的气体分子碰撞，又可以产生新的离子，如此反复，就可以维持腔室内一定区域的等离子状态。 研究表明：等离子体中绝大多数仍为气体分子，自由基和带电粒子只占很小部分，对于简单的直流放电等离子体，自由基约占1%，而离子更是只有大约0.01% 因此，一般等离子体刻蚀反应主要是由自由基去完成的
一、等离子体刻蚀技术的产生： 在积体电路制造过程中，常需要在晶圆上定义出极细微尺寸的图案，这些图案主要的形成方式，乃是藉由刻蚀技术，将微光刻后所产生的光阻图案忠实地转印至光阻下的材质上，以形成积体电路的复杂架构。因此蚀刻技术在半导体制造过程中占有极重要的地位。 广义而言，所谓的蚀刻技术，包含了将材质整面均匀移除及图案选择性部份去除的技术。而其中大略可分为湿式蚀刻与干式蚀刻两种技术。 早期半导体制程中所采用的蚀刻方式为湿式蚀刻，即利用特定的化学溶液将待蚀刻薄膜未被光阻覆盖的部分分解，并转成可溶于此溶液的化合物后加以排除，而达到蚀刻的目的。湿式蚀刻的进行主要是藉由溶液与待蚀刻材质间的化学反应，因此可藉由调配与选取适当的化学溶液，得到所需的蚀刻速率，以及待蚀刻材料与光阻及下层材质良好的蚀刻选择比（选择性）。 然而，随着积体电路中的元件尺寸越做越小，由于化学反应没有方向性，因而湿式蚀刻是各向同性的，此时，当蚀刻溶液做纵向蚀刻时，侧向的蚀刻将同时发生，进而造成咬边现象，导致图案线宽失真。因此湿式蚀刻在次微米元件的制程中已被干式蚀刻所取代。 干式蚀刻通常指利用辉光放电方式，产生包含离子，电子等带电粒子及具有高度化学活性的中性原子与分子及自由基的电浆来进行图案转印的蚀刻技术。 由部份解离的气体及等量的带正，负电荷粒子所组成的等离子体被称为电浆。蚀刻用的电浆中，气体的解离程度很低，其中所含的气体具高度的活性，它是利用外加电场的驱动而形成，并且会产生辉光放电现象。 自1970年代以来元件制造首先开始采用电浆蚀刻技术，对于电浆化学新的了解与认知也就蕴育而生。在现今的积体电路制造过程中，必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性，而由于电浆蚀刻是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成，因此电浆蚀刻便成为积体电路制造过程中的主要技术之一。 影响电浆蚀刻特性好坏的因素包括了：1）电浆蚀刻系统的型态，2）电浆蚀刻的参数; 3）前制程相关参数，如光阻，待蚀刻薄膜之沉积参数条件，待蚀刻薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。 二、电浆的基本概念： 1、电浆形成的原理： 电浆的产生可藉由直流（DC）的偏压或交流射频（RF）的偏压下的电场形成，而在电浆中的电子来源通常有二：一为分子或原子解离后所产生的电子，另一则为离子撞击电极所产生的二次电子，在直流（DC）的电场下产生的电浆其电子源主要以二次电子为主，而交流射频（RF）的电场下产生的电浆其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。 在电浆蚀刻中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了：1）需要较高的功率消耗，也就是说产生的离子密度低; 2）须要以离子撞击电极以产生二次电子，如此将会造成电极材料的损耗。三）所需之电极材料必须为导体如此一来将不适用于晶圆制程中。 在射频放电状况下，由于高频操作，使得大部份的电子在半个周期内没有足够的时间移动至正电极，因此这些电子将会在电极间作振荡，并与气体分子产生碰撞。而射频放电所需的振荡频率下限将视电极间的间距，压力，射频电场振幅的大小及气体分子的解离位能等因素而定，而通常振荡频率下限为50kHz的。一般的射频系统所采用的操作频率大都为13.56。 相较于直流放电，射频放电具有下列优点：1）放电的情况可一直持续下去而无需二次电子的发射，当晶圆本身即为电极的一部份时，这点对半导体材料制程就显得十分重要了; 2）由于电子来回的振荡，因此离子化的机率大为提升，蚀刻速率可因而提升; 3）可在较低的电极电压下操作，以减低电浆对元件所导致之损坏; 4）对于介电质材料同样可以运作。
请回答以下问题： 题目：（1）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理! 题目：（2）在电极形成或布线工艺中,用到金属Ti,请详尽说明金属Ti的特性、金属Ti 的相关工艺、以及金属Ti在电路中的作用! 题目：（3）在化学气相淀积反应中低压会带来什么好处? 题目：（4）在光刻胶工艺中要进行，软烘，曝光后烘焙和坚膜烘焙，请详细说明这三步工艺的目的和条件。 题目：（5）请对Si（以一种刻蚀气体为例）和SiO2（以一种刻蚀气体为例）刻蚀工艺进行描述，并给出主要的化学反应方程式。 （每题20分，满分100分） （1）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理! 答：轻掺杂漏区（LDD）注入用于定义MOS晶体管的源漏区。这种区域通常被称为源漏扩展区。注入使LDD杂质位于栅下紧贴沟道区边缘，为源漏区提供杂质浓度梯度。LDD在沟道边缘的界面区域产生复杂的横向和纵向杂质剖面。nMOS和pMOS的LDD 注入需用两次不同的光刻和注入。在源漏区浅结形成的同时MOSFET的栅也被注入。 LDD结构用栅作为掩膜中低剂量注入形成（n-或p-注入），随后是大剂量的源漏注入（n+或p+注入）。源漏注入用栅氧化物侧墙作为掩膜。如果没有形成LDD，在正常的晶体管工作时会在结和沟道区之间形成高电场。电子在从源区向漏区移动的过程中（对n沟道器件）将受此高电场加速成为高能电子，它碰撞产生电子—空穴对。热电子从电场获得能量，造成电性能上的问题，如被栅氧化层陷阱捕获，影响器件的阀值电压控制。 随着栅氧厚度、结深、沟道长度的减小,漏端最大电场强度增大,热载流子效应的影响变大,它对器件的寿命、可靠性等有很大影响。通过分析我们可以看到：LDD结构通过两条途径来抑制热载流子效应：弱化漏端电场和使得漏端最大电场离开栅极。增大注
太阳能电池生产设备主要设备 扩散系统 用途: 设备应用于大规模集成电路、分立器件、 光电子器件、电力电子器件、太阳能电池等领域，适用2"～8"硅片退火、氧化、扩散、预沉积等工艺。 主要技术指标 1.可配加工硅片尺寸：3"～8" 2.工作温度范围：400～1300℃ 3.恒温区长度及精度：600～ 1250℃800mm/±0.5℃ 4.单点温度稳定性：600～ 1250℃±1℃/6h 5.最大可控升温速度：15℃/min 6.最大降温速度：5℃/min 7.自动送舟 太阳能电池专用等离 子体刻蚀机 用途: 等离子体刻蚀机是采用高频辉 光放电手段，使气体离解成活性原 子和自由基，与被反应物进行反 应，生成挥发性反应物，达到刻蚀 目的。M42200-3/WJ等离子体刻蚀 机主要用于太阳能电池的周边掺 杂硅的刻蚀。具有占地面积小﹑装 片容量大﹑生产效率高等到优点。 同时还具有手动/自动功，除装卸 片手动操作外其余过程实现了全 自动，保证了工艺的 准确性和重复性，大大提高了产品 质量。 主要技术指标 1．刻蚀介质：掺杂硅氮化硅多晶硅 2．刻蚀部位：晶片周边 3．硅片尺寸：Φ210mm圆片或156×156mm方片 4．生产量： >300片/批 5．射频功率： 13.56MHz 100～1000W可调 6．气路系统：五路路浮子流量计或二路质量流量计＋三路浮子流量计
7．抽气系统：机械泵＋节流阀 8．刻蚀周期：＜25分/批 9．控制方式：手动/自动 10．整机功率： 2.5KW 太阳能电池链式烧结炉 用途： 主要用于太阳能电池片的键合烧结，也可用于其它贴片元件的烧结。主要技术指标： 1．最高温度：1000℃ 2．工作温度：150℃—950℃ 3．控温精度：±3℃/2h（采用日本温控仪） 4．网带宽度：380mm（可根据用户要求改变） 5．炉膛有效高度：10mm（可根据用户要求改变） 6．加热段数：9段（可根据用户要求改变） 7．出口冷却方式：水冷+风冷、风量可调 8．网带速度：1000—5000mm/min 连续可调 9．加热功率：＜100Kw 10.加热方式：近红外灯管加热 11.护功能：有超温、断偶、报警和保护功能 12.温度曲线：按委托方提供的曲线调试 13.网带速度稳定性：优于3% 14.每各温区一路气体，进、出口各一路气体 15.计算机控制 APCVD(常压CVD) 用途: 主要技术指标 1.有效成膜宽度：300mm 2.加热区数量：3个 3.加热区长度:2000mm 3最高加热温度区：700℃ 4.温区控制精度：±2℃, 5.送气路数：5路浮子流量计控制（三路恒温源瓶） 6.加热方式：红外加热器加热 7. 网带速度：700—1500mm/min 连续可调 8.成膜均匀性：±5%
摘要：详细阐述离子刻蚀技术的原理，反应腔功能与结构设计，着重介绍适应集成电路特征尺寸微细化发展所采用的新技术。关键词：刻蚀，等离子体，射频Author: 刘晓明from Applied Material (China) --SolidState Technology( China) 前言目前，整个集成电路制造技术向着高集成度、小特征尺寸（CD）的方向发展。硅片直径从最初的4英寸发展到已批量生产的12英寸生产线。同时，衡量半导体制造技术的关键参数－特征尺寸亦朝着微细化方向发展，从最初的5祄发展到当前的110nm、90nm、65nm。而刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。刻蚀技术分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀采用化学腐蚀进行，是传统的刻蚀工艺。它具有各项同性的缺点，即在刻蚀过程不但有所需要的纵向刻蚀，还有不需要的横向刻蚀，因而精度差，线宽一般在3祄以上。干法刻蚀是因应大规模集成电路电路生产的需要而被开发出的精细加工技术，它具有各项异性的特点，在最大限度上保证了纵向刻蚀，还控制了横向刻蚀。目前流行的典型设备为反应离子刻蚀（RIE-Reactive Ion Etch）系统。它已被广泛应用于微处理器（CPU）、存储（DRAM）和各种逻辑电路的制造中。其分类按照刻蚀的材料分为介电材料刻蚀（Dielectric Etch）、多晶硅刻蚀（Poly-silicon Etch）和金属刻蚀（Metal Etch）。反应离子刻蚀技术的原理刻蚀精度主要是用保真度（Profile）、选择比（Selectivity）、均匀性（Uniformity）等参数来衡量。所谓保真度度，就是要求把光刻胶的图形转移到其下的薄膜上,即希望只刻蚀所要刻蚀的薄膜，而对其上的掩膜和其下的衬底没有刻蚀。事实上，以上三个部分都会被刻蚀，只是刻蚀速率不同。选择比（Selectivity）就是用来衡量这一指标的参数。S=V/U（V为对薄膜的刻蚀速率，U为对掩膜或衬底的刻蚀速率），S越大则选择比越好。由于跨越整个硅片的薄膜厚度和刻蚀速率不尽相同，从而也导致图形转移的不均匀，尤其是中心（Center）和边缘（Edge）相差较大。因而均匀性（Etch Rate Uniformity）成为衡量这一指标的重要参数。除以上参数外，刻蚀速率（Etch Rate）也是一个重要指标，它用来衡量硅片的产出速度，刻蚀速率越快，则产出率越高。反应离子刻蚀是以物理溅射为主并兼有化学反应的过程。通过物理溅射实现纵向刻蚀，同时应用化学反应来达到所要求的选择比，从而很好地控制了保真度。刻蚀气体（主要是F基和CL基的气体）在高频电场（频率通常为13.56MHz）作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成“等离子体”（Plasma）。在等离子体中，包含有正离子（Ion+)、负离子（Ion-）、游离基（Radical）和自由电子（e）。游离基在化学上是很活波的，它与被刻蚀的材料发生化学反应，生成能够由气流带走的挥发性化合物，从而实现化学刻蚀。另一方面，如图1所示，反应离子刻蚀腔体采用了阴极（Cathode）面积小，阳极面积大的不对称设计。在射频电源所产生的电场的作用下带负电的自由电子因质量小、运动速度快，很快到达阴极；而正离子则由于质量大，速度慢不能在相同的时间内到达阴极, 从而使阴极附近形成了带负电的鞘层电压。同时由于反应腔的工作气压在10-3~10-2Torr, 这样正离子在阴极附近得到非常有效的加速，垂直轰击放置于阴极表面的硅片，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应及反应生成物的脱附，从而导致很高的刻蚀速率。正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现。[attach]201183[/attach] 图1. DPSII 刻蚀腔结构图初期的射频系统普遍为电容式耦合单射频系统设计（Bias RF）。但随着工艺要求的不断提高，双射频设计（Bias RF 和Source RF）开始被广泛应用。特别是到65nm以后，这已经成为必然选择。该设计方式能把离子的轰击速度和浓度分开控制，从而更好地控制刻蚀速率、选择比、均匀性和特征尺寸（CD）。传统的单射频系统为了提高刻蚀速率，通常会增加RF功率以提高电场强度，从而增加离子浓度（Ion Density）、加快刻蚀。但离子的能量（Ion Energy）也会相应增加，损伤硅片表面。为了解决这一问题，半导体设备厂商普遍采用了双射频系统设计，也就是在原有基础上，增加一个置于腔体顶部的射频感应电场来增加离子的浓度。其工作原理如下，如图2所示，一个射频电源（Source RF）加在一个电感线圈上，产生交变磁场从而产生感应电场。该电场加速产生更多的离子，而又不直接轰击硅片。[attach]201184[/attach] 图2. 电感耦合原理图此