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℃的工艺温度一致性,并明显改善硅片处理质量。单片快速热处理(RTP)可在相当短的时间内将单个硅片加热至400~1300℃,并能降低杂质和热耗,特别适合多腔集成,具有较强的先进性。8低压化学气相淀积系统(LPCVD,LowPressureChemicalVaporDepositionSystem)。利用CVD几乎可以淀积半导体工艺中所需要的各种薄膜,因而在半导体制造中广泛使用低压CVD(LPCVD)、等离子体增强型CVD(PECVD)和高密度等离子体CVD(HDPCVD)。LPCVD系统是在早期的常压(1×105Pa)CVD基础上改进而来,其反应腔的工作压强低到1×102Pa。采用低压可使反应物更快更充分地到达衬底表面,从而可以密集摆放批量硅片(150~200片)得以提高产量;反应所需的能量通过电加热来提供,工作温度一般为300~900℃。LPCVD应用于硅器件工艺的主要化学反应如下例:Si(OCH)(气)→SiO(固)+4CH(气)+2HO(汽)(二氧化硅淀积)2542242SiH(气)→Si(固)+2H(气)(硅淀积反应)423SiH(气)+4NH(气)→SiN(固)+12H(气)(氮化硅淀积)43342LPCVD的炉体结构与高温氧化炉大体相同(),但增加了抽真空机构。炉管采用石英管制成,外围装有电阻加热器,外部和内部分别装有热电偶测温器。晶圆在石英舟中密集摆放,通过自动装卸片机构装进或取出。整机控制系统由温度控制器、压力控制器、—LPCVD反应腔示意图成。。:..下工作温度范围:350~1100℃工作压力范围:67Pa~133Pa成膜厚度范围:1000~6000膜厚不均匀性:≤±3%~5%(TEOS法或SiH法)、SiN、Poly-Si、硅玻璃2434(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氧化氮化硅及难熔金属硅化物等多种薄膜,广泛应用于半导体器件和集成电路、MEMS器件、光电子、电力电子等行业的生产工艺中。,由于它的性能好、成本低、产出率高及不断的技术改进,至今仍在超大规模集成电路生产中得到广泛应用。其技术发展的主要趋势是大片径(300mm)、多腔集成(包括工艺模块集成)和高度自动化。9(PECVD,PlasmaEnhancedCVD),使气体发生辉光放电离化出等离子体。等离子体具有很高的能量,仅需将衬底晶片加热到100~400℃就能激发并维持CVD反应,远远低于LPCVD所需的高温条件(300~900℃),故称为等离子体增强CVD。这正是它的最大特点之一,因而对于低熔点材料的膜淀积是非常适合的。—等离子体增强CVD反应室填充能力更是优于LPCVD。结构示意图PECVD应用于硅器件工艺的主要化学反应如下例:SiH(气)+2NO(气)→SiO(固)+2N(气)+2H(气)(淀积二氧化硅)42222SiH(气)+NH(气)→SiNH(固)+H(气)(淀积氮化硅)43xyz2:..PECVD由应、射频电源、气源系统、真空力控制、计算机控制系统等几部分组成。,内有上下平行的两块电极板,射频电压加在上极上,下电极接地。射频电压使平板电极间产生等离子体放电。半导体晶片置于下电极托盘上,并用电阻加热器加热。工作气体由位于下电极周围的进气口进入,并流过放电区。整个工艺过程采用计算机通过对真空系统、工作压强、射频电源匹配、气体流量及工艺过程的全自动控制。,反应腔中电子和离子密度可达109~1012个/cm3;加之可在低真空氮气压条件下工作,从而大大提高了薄膜的生长速度。为尽量减小颗粒沾,设备具有反应腔自清洗功能。PECVD的主要技术参数如下:淀积温度范围:200~450℃工艺压强范围:~266Pa膜厚生长速度:30-300nm/:≤±3%~5%、SiN、SiOxNy等薄膜。广泛应用于半导体制234造工艺中的多层布线介质层、表面钝化功能膜生长等工艺。。其发展的重点是大片径(300mm)、高度自动化、多腔集成和高产出率。目前国外最先进的PECVD在一个中心晶圆处理腔的基础上实现12个淀积台,可集成多达3个顺序工艺操作模块,产出率高达每小时处理250片200mm直径晶圆。在设备上集成标准工艺模块是工艺设备发展的创新趋势。10(ronSputterApparatus)。在半导体制造中,金属薄膜的制备常用真空蒸发和溅射的方法。低压惰性气体辉光放电产生的离子,—溅射镀膜原理示意图:..高去轰击靶材,靶材表面的原子得够能量后会从靶材表面脱离出来,这种现象称为溅射。利用被轰击出来的靶材子在基片表面成固体薄膜的物理气相淀积方法称为溅射镀膜()。磁控溅射台相比通常的溅射镀膜设备,其特别之处是在辉光放电中利用磁场改变电子运动方向,束缚和延长电子的运动轨迹,从而提高了电子对工作气体的电离几率,并有效地利用了电子的能量,因此在形成高密度等离子体的辉光放电中,正离子对靶材溅射更为有效。同时受正交电磁场束缚的电子只能在其能量耗尽时才沉积到基片上。因此,磁控溅射镀膜具有“基片温度低、溅射(淀积)速度高”两大突出特点。它主要由真空室、磁控溅射源、射频电源、真空及充气系统、基片加热器及控制系统组成。,具有淀积并保持复杂合金原组分的能力,能连续淀积多种不同材料的多层薄膜而不需要改变加工室真空状态。其特别适于200mm或更大硅片上控制淀积均匀性高的薄膜。在镀膜之前,可以分别对衬底、靶材进行RF原位剥离清洗,以获得原子级清洁表面。磁控溅射设备典型技术参数:淀积速率:6000~12000?基片温度:低于200℃极限真空度:低于9×10-6Pa膜厚均匀性:优于±5%、***化镓晶片、陶瓷、玻璃、石英等材料表面镀制Al、Ti、Ta、Cu、W、Ni等各种金属薄膜特别是难溶金属薄膜、合金膜或SiO、非金属薄膜,还可镀制单层或2多层膜。主要用于微电子、光电子、微机械等领域的器件制造工艺。,溅射设备正在向同一设备中可完成PVD、CVD、RIE、ICP等多种工艺制程的系统发展,这即是多腔集成系统。更需要适合大片径、高分辨率和高效率的溅射设备。11(Stepper,Scanner)。当今发挥主导作用的光刻机仍以光学曝光成像为基础。光学光刻设备之所以使用得如此广泛而长久,主要因为它具有高的生产效率、优良的分辨率、低成本和易操作的优势。:..飞速发展,出现过五代光刻机。第一代的接触式光刻机单高效,可得1μm的良好分辨率,但掩模版的沾污和磨损成为致命问题。改进中产生的第二代接近式光刻机,由于紫外光的衍射发散反而降低了分辨率,只能用于线宽尺寸2~4μm的制程。这两代光刻机现已基本淘汰。第三代扫描投影光刻机克服了前两代的缺陷,曾在70年代末80年代初占据主导地位,但它只满足了1μm的制造工艺。亚微米线宽尺寸的光刻需求,驱使分步重复光刻机诞生于80年代初,从80年代后期主导了半导体制造业,至今改进的机型仍在广泛使用。分步重复光刻机(也称分步投影光刻机、步进光刻机)是利用光学系统投影成像的原理,将投影掩模版上的芯片图形以分步重复曝光的方式聚焦成像在涂有光刻胶的硅片上,实现高分辨率图形转印的设备。它由紫外光源(高压***灯)、曝光快门、投影掩膜台、投影透镜(精缩镜头)、精密工件台、自动对准系统和硅片自动传送等几个基本子系统构成()。涂胶的硅片被自动传送到光刻机精密工件台的承片台上。—光刻机结构原理示意图在这个平台上,硅片根据对准和调焦的需要可在X、Y方向被平移,或抬升、降低,或旋转、倾斜从而置于对准和聚焦范围内。一旦最佳聚焦和对准获得后,快门就被打开,使UV紫外光通过放置在投影掩模台上的掩模版,再经过投影透镜缩小数倍(通常为4x或5x)而成像到带胶硅片上。当一个芯片图形曝光完成后,承片台会步进到硅片的下一个位置并重复对准和曝光过程(即“分步—重复”),直到整片硅片全部曝光完毕。为适应26mm×,可称第五代光刻设备的步进扫描光刻机集步进重复光刻机的高分辨率和扫描投影光刻机的大视场、高效率于一身,成为制造大尺寸芯片、。在其上采用波长为248nm的***化氪(KrF)准分子激光器取代***灯照明后,。采用193nm波长的***化氩(ArF)准分子激光器作照明光源的步进扫描光刻机至今仍是100nm及以下线宽甚大规模集成电路的主流曝光设备。,同时采用相移掩模(PSM)、光学邻近矫正(OPC)以及离轴照明(OAI)多种光学增强技术等辅助措施,不仅有效提高了光刻分辨率,还大大改善了光刻图形对比度,增加了焦深。:..当高的生效率对于200mm直径硅片每小时一般可光80片,最高达120片。对于300mm直径硅片每小时一般可曝光70~90片,最高达100片。、分辨率和套准精度三主要参数。(nm)光源径(NA)寸(mm)(μm)(nm)步进重复436***~×~~70步进重复365***~×~~~×~~~×~~~×~~。分步重复光刻机主要用于超大模集成电路制造中的硅片曝光工艺。扫描投影光刻机主要用于超大规模集成电路关键层图形的曝光。,采用浸没式曝光技术,已证实可将光刻分辨率提高到45nm,进一步改进和完善相关技术有可能达到32nm甚至22nm。极紫外光刻(EUVL)和电子束光刻(EPL)作为下一代曝光机,展现其分辨率向90~35nm延伸的潜力,是光刻设备技术发展的基本趋势。纳米压印和无掩膜光刻需要解决颇多难题才能显现应用前景。12RIE,chSystem)。RIE刻蚀是以物理溅射作用为主兼有化学反应的过程,正是这种化学和物理反应的相互促进使得反应离子刻蚀具有良好的形貌控制能力(各向异性)、较高的选择比、可接受的刻蚀速率。典型的反应离子刻蚀系统主要由反应腔、真空及压力控制、射频源和匹配器、静电吸盘和硅片温度控制、刻蚀点检测、气体传送和流量控制、整机控制系统及系统软件等几部分组成()。RIE系统的工作原理:,形成的等离子体中具有强化学活性的游离基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,正离子在阴极附近得:..的加速,直硅表面。种离子轰击可大大加快硅片表面的化学应及反应生成物的解附,从而导致较高的刻蚀速率。正是由于离子轰击的存在,才使得各向异性刻蚀得以实现。。所具有的物理效应能刻蚀难以用纯化学方法刻蚀的材料,如SiO及难熔金属。其主要2技术参数如下:刻蚀速率:2000~7850?/min刻蚀选择比:高于7∶1刻蚀均匀性:优于±5%适用线宽:~,可刻蚀各种绝缘介质材料、多晶硅和金属等。具体工艺用途有:二氧化硅刻蚀、氮化硅刻蚀、多晶硅刻蚀、去除光刻胶和光刻胶清理、背面刻蚀等。—。它对气体的流量和工艺压力分开控制,并且采用了精密的MFC质量流量控制器元件,大大改善了工艺的可重复性。经不断改进现已广泛用于超大规模集成电路刻蚀工艺。13ICPICP,chingSystem)。与RIE相比较,ICP采用了双射频电源,,其中一个射频电源通过螺旋线圈控制高密度等离子体的产生。另一射频电源施加偏置电场控制等离子体轰击能量。实现了离子浓度和离子轰击强度分开控制,使刻蚀速率、选择比、均匀性都得到提高。—ICP反应腔结构示意图ICP反应腔体主要由温度控制、气路控制、射:..频电源和真空控制系统四部分组成。刻蚀气体由反应腔上方引入,其流量由气路系统通过质量流量计控制。两套射频源各尽其能。真空控制系统自动控制和保持反应腔的工作压力,及时将刻蚀生成物从硅片两边由涡轮分子泵抽走。温度控制(He背冷)系统可使基片的温度满足不同的刻蚀需要。13