半导体材料应用与研究.ppt

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1、By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:1Photo:Raw material:Reticle,Photo ResistEquipment:I-Line(MUV),DUV,EUV(Stepper,SCANNER)Vendors:Nikon,ASML2.Module definition-PHOTOThe PHOTO concept was general Optics lithography to reproduce the specific patterns.Today we deployed the UV Excimer laser for the ligh

2、t,According to Optics principle,generally the wavelength of the light should be less than one tenth of half pitch,so if the technology shrink,the Exposure light source should be pushed into deeply UV zone.By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:2Thin-Film:Raw material:Metal Target,ChemicalEquipment:Sput

3、ter,RTP,CVD(AP,PE,LP,SP,MO),ScubberVendors:AMAT,Novellus,TEL,ASM.2.Module definition-Thin FilmIn general we can split the Thin-Film into two field,one is Physics dominated(PVD),the other is Chemical dominated(CVD)The PVD means that no chemical reaction assisted in the process,just simply accelerated

4、 Ar atom to bombard the target to evaporate the target and deposit on the wafer,such likes Sputter.The CVD means that the chemical reaction on the wafer or chamber to deposit a film on the surfaceCVDPVDChemical reactionBy:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:3EtchRaw material:Solvent,Reactive gasEquipme

5、nt:Dry Etch(RIE),Wet Bench(Chemical Station)Vendors:AMAT,Novellus,TEL,ASM.2.Module definition-ETCHIn general we can call that RIE in the term of Dry etching,the dry etching which dominated by the Physical Ion bombard and chemical reaction with the surface to evaporated the byproducts.Reactive ion bo

6、mbardBy:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:4DiffusionRaw material:Chemical Gas,Isotope gasEquipment:Implanter,Furnace Vendors:Eaton,Varian,KE,TEL.2.Module definition-Diffusion In the diffusion,therere two methods to deliver the dopant into the silicon wafer:.Implant:To accelerate the isotope and direc

7、t bombard the wafer to deliver the dopant into right depth with right concentration.Furnace:To use thermal diffusion potential to deliver the dopant into right depth with right concentration.By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:5CM PRaw material:Slurry,polish padEquipment:CMP(W-CMP,Oxide-CMP,Cu-CMP)V

8、endors:AMAT,COBAT,Strasbaugh2.Module definition-CMPIn general,the CMP like the polish arts,but deployed the chemical-mechanical assistant.Therere two factors dominated the CMP process:.First is chemical hydrolysis slurry to hydrolyze the surface,.Second is the slurry abrasive to remove the hydrolyte

9、 which under the mechanical dominated.By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:6Notes:(1)Box Center represents start at Pilot Production Schedule.(2)Based on logic and eSRAM roadmap.(3)SIA=Semiconductor Industry AssociationTSMC/UMC/SIA Technology Road Map19992000200120020.18m0.15mCu0.18m0.13mCu20032004SI

10、A0.10mCu0.07mCu0.18m0.13mCu0.10mCuTSMCUMCBy:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:7Technology Road MapNote:(1)Box Center represents Pilot Production Schedule begins.1998199920002001eDRAM0.35m0.25m0.18mLogiceSRAMMixed-Mode/RF0.15m0.25m0.18mEmbedded Flash Memory0.35m0.25m0.13m0.18mCu0.15m0.25m0.18m0.13mCu0

11、.18mBy:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:8磊晶（epitaxy）薄膜是純度極高的矽晶底層，用來在晶圓上形成一個非常均勻的晶體結構，以便增強半導體晶片的工作效能。在製造半導體晶片的時候，多晶矽（polysilicon）材料大都用於電晶體結構的一部份。氮化矽（silicon nitride）則是一種低壓化學氣相沉積的製程，用於半導體元件的電晶體成形過程，例如作為阻障層與蝕刻中止層的介電材料。在傳統的半導體製程中，這些薄膜都是在一個大型的批次式爐管設備中沉積，或稱為成長，不過隨著半導體元件的體積變得越來越小，電路結構又變得越來越複雜，對半導體製造商來說，單晶圓

12、製程設備的優點（均勻性、製程控制.等等）顯得更加重要。By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:9物理氣相沈積(PVD:Physical Vapor Deposition)物理氣相沈積(PVD:Physical Vapor Deposition)是一種物理製程而非化學製程，此技術一般使用氬等鈍氣，藉由在高真空中將氬離子加速以撞擊濺鍍靶材後，將靶材原子一個個濺擊出來，並使被濺擊出來的材質（通常為鋁、鈦或其合金）如雪片般沈積在晶圓表面。經由製程反應室內部的高溫與高真空環境，可使這些金屬原子結成晶粒，再透過微影圖案化（patterned）與蝕刻，得到半導體元件所要的導電

13、電路。By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:10在半導體製程中，蝕刻(Etch)被用來將某種材質自晶圓表面上移除。而乾式蝕刻（又稱為電漿蝕刻）則是目前最常使用的蝕刻方式，其以氣體為主要的蝕刻媒介，並藉由電漿能量來驅動反應。電漿對蝕刻製程有物理性與化學性兩方面的影響。首先，電漿會將蝕刻氣體分子分解，產生能快速蝕去材料的高活性分子。此外，電漿也會把這些化學成份離子化，使其帶有電荷。晶圓則是置於帶負電的陰極上，當帶正電荷的離子被陰極吸引，並加速向陰極方向前進時，其會以垂直角度撞擊到晶圓表面，晶片製造商即是運用此特性來獲得絕佳的垂直蝕刻。By:Wen-Jen Liu

14、Date:04/30/2001 page:11快速高溫處理 快速高溫處理（RTP：Rapid Thermal Processing）為電晶體與電容成形過程中重要的步驟之一，可用來修正薄膜性質與製程結果。在此短暫且精確控制的高溫處理過程中，晶圓溫度可在短短10秒內自室溫快速升至1000高溫。快速高溫處理通常用於回火製程（annealing），負責控制元件內摻質原子之均勻度，也可用來進行矽化金屬，及透過高溫產生含矽化之化合物與矽化鈦等。By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:12在所有半導體元件中，離子植入（Ion Implant）是電晶體結構中一項相當重要的技術。

15、在離子植入過程中，晶圓會受到被稱為摻質的帶電離子束撞擊，當摻質加速到獲得足夠的能量後，即可植入薄膜達到預定的深度，進而改變材料的性質，提供特定的電氣特性。離子植入製程可對植入區內的摻質濃度加以精密控制。基本上，摻質濃度（劑量）係由離子束電流（離子束內之總離子數）與掃瞄率（晶圓通過離子束之次數）來控制，而摻質植入的深度則由離子束能量的大小來決定。By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:13化學機械研磨（CMP）化學機械研磨（CMP：Chemical Machine Polishing）可移除晶圓表面的材質，讓晶圓表面變得更平坦，且具有研磨性物質的機械式研磨與酸鹼溶

16、液的化學式研磨兩種作用，將可讓晶圓表面達到全面性的平坦化，以利後續薄膜沉積之進行。在化學機械研磨製程的硬體設備中，研磨頭被用來將晶圓壓在研磨墊上，並帶動晶圓旋轉，而研磨墊則以相反的方向旋轉。在進行研磨時，由研磨顆粒所構成的研漿會被置於晶圓與研磨墊間。影響化學機械研磨製程的變數有：研磨頭所施的壓力與晶圓的平坦度、晶圓與研磨墊的旋轉速度、研漿與研磨顆粒的化學成份、溫度、及研磨墊的材質與磨損性等等。By:Wen-Jen Liu Date:04/30/2001 page:14隨著薄膜測量技術迅速的發展，將薄膜量測、晶圓檢測與製程工具整合成為全方位的製程監控（PDC：Process Diagnostics and Control）設備已成為未來的發展趨勢。整合後的檢測功能其優點在於：可以很快的找出問題，運用這些參數，在晶圓製程結束後，立刻採取更正措施，並用來自動調整製程設備的工作效能，及自動調整製程狀態，逐步實現完全半導體製造流程自動化的目標。