[精选]半导体器件原理与工艺314518.pptx

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1、半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 半导体加工工艺原理半导体加工工艺原理概述概述半导体衬底半导体衬底热氧化热氧化扩散扩散离子注入离子注入光刻光刻刻蚀刻蚀淀积技术淀积技术CMOS半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 光刻将掩模版上的图形转将掩模版上的图形转移到硅片上移到硅片上半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 光刻的工艺流程光刻的工艺流程后烘、刻蚀后烘、刻蚀去胶去胶对位曝光对位曝光光源光源涂胶、前烘涂胶、前烘显影显影负胶负胶正胶正胶半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 光刻的工艺流程光刻的工艺流程二二.涂胶涂胶1.涂胶前的涂胶前的准备

2、工作准备工作：检查硅片表面的清洁度检查硅片表面的清洁度检查硅片表面检查硅片表面的性质的性质-接触接触检查硅片的平面度检查硅片的平面度高温烘焙高温烘焙增粘剂处理增粘剂处理（OAP处理）处理）半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 涂胶涂胶旋转涂法旋转涂法半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 前烘前烘前烘的目的：前烘的目的：1.将硅片上覆盖的光刻胶溶剂去除将硅片上覆盖的光刻胶溶剂去除2.增强光刻胶的粘附性以便在显影时光刻胶增强光刻胶的粘附性以便在显影时光刻胶可以很好地粘附可以很好地粘附3.缓和在旋转过程中光刻胶膜内产生的应力缓和在旋转过程中光刻胶膜内产生的应力半导体器件原理与工艺半导体器件原

3、理与工艺 半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 对准和曝光对准和曝光对准和曝光的目的对准和曝光的目的通过对准和曝光，把掩膜版的图通过对准和曝光，把掩膜版的图形准确地通过紫处光投影到硅片形准确地通过紫处光投影到硅片表面的光刻胶上，使其选择性地表面的光刻胶上，使其选择性地发生光化学反应发生光化学反应对准和曝光工艺代表了光刻中的主对准和曝光工艺代表了光刻中的主要设备系统要设备系统半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 套准偏差套准偏差+Y-Y+X-X+Y-Y+X-X完美的套完美的套准精度准精度套准套准偏移偏移半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 显影显影目的：目的：利用化学显影液把通过曝光

4、后可溶性光刻胶利用化学显影液把通过曝光后可溶性光刻胶溶解掉，从而把掩膜版的图形准确复制到光溶解掉，从而把掩膜版的图形准确复制到光刻胶中刻胶中显影液显影液负胶：二甲苯溶剂负胶：二甲苯溶剂 有机溶剂使有机的光有机溶剂使有机的光刻胶易产生溶涨现象刻胶易产生溶涨现象正胶：四甲基氢氧化铵（正胶：四甲基氢氧化铵（TMAH)TMAH)水性显影水性显影液不会使光刻胶产生不涨现象，仅需去离子液不会使光刻胶产生不涨现象，仅需去离子水冲洗水冲洗半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 坚膜坚膜目的目的蒸发掉剩余的溶剂，使光刻胶变硬，提高光蒸发掉剩余的溶剂，使光刻胶变硬，提高光刻胶与衬底的粘附性刻胶与衬底的粘附性温度

5、温度正胶：正胶：130 负胶：负胶：150 半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 Lithographc System光刻系统的设备需要光刻系统的设备需要甩胶机甩胶机烘箱或热板烘箱或热板对准与曝光机对准与曝光机对准机对准机Aligner-3个性能标准个性能标准分辨率分辨率:3:3 10%10%线宽线宽对准对准:产量产量半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 光刻分辨率光刻分辨率对准机和光刻胶的分辨率是曝光波长的函数对准机和光刻胶的分辨率是曝光波长的函数波长越短波长

6、越短,分辨率越高分辨率越高短波长能量高，曝光时间可以更短、散射更小短波长能量高，曝光时间可以更短、散射更小半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 光源系统光源系统光源光源Hg Arc lamps 436(G-line),405(H-line),365(I-line)nmExcimer lasers:KrF(248nm)and ArF(193nm)半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 接触式光刻Resolution R 1 is introduced between the imaging optics and the wafer.优点优点:分辨率与分辨率与n n成正比成正比;聚焦深度增加

7、聚焦深度增加半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 电子束光刻电子束光刻波长例:30keV,=0.07A缺点:束流大,10s mA产量低,10wafers/hr.半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 X-Ray LithographySynchrotron Radiation半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 投影式投影式X射线光刻射线光刻半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 离子束光刻离子束光刻半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 Pt 淀积淀积半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 FEA 制造制造半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 纳米压印光刻纳米压印光刻半导

8、体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 纳米压印光刻纳米压印光刻极高分辨率极高分辨率:可以形成可以形成100:1半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 常见材料的腐蚀AluminumH3PO4+CH3COOH+HNO3+H2O(30oC)磷酸磷酸H3PO4起主要的腐蚀作用起主要的腐蚀作用硝酸硝酸HNO3改善台阶性能改善台阶性能醋酸醋酸降低腐蚀液表面张力降低腐蚀液表面张力水水调节腐蚀液浓度调节腐蚀液浓度半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅各向同性腐蚀硅各向同性腐蚀湿法腐蚀中的关键因素：湿法腐蚀中的关键因素：氧化剂（例如H2O2,HNO3)能溶解氧化表面的酸（HF）输送反应物的媒介（H2O

9、，CH3COOH）半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 氧化还原反应氧化还原反应腐蚀是一种电化学过程氧化是电子失去的过程，还原则是电子增加的过程；氧化还原反应：两种反应的竞争半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的硅的HNA腐蚀腐蚀-1HF+HNO3+CH3COOH各向同性腐蚀总体反应：Si+HNO3+6HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2腐蚀过程是硅的氧化然后被HF溶解的过程硅表面点随即变成氧化或还原点；类似于电化学电池半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的硅的HNA腐蚀腐蚀-2硅在阳极附近失去电子转为强氧化态：*Si0+h2+Si2+在阴极的NO2不断减少以产生空穴：

10、2NO22NO2-+2h+硅和OH-反应生成SiO2:Si2+2(OH)-Si(OH)2-+2SiO2+H2SiO2被HF溶解形成H2SiF6：SiO2+6HFH2SiF6+2HO2半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的硅的HNA腐蚀腐蚀-3硝酸的作用在水中正常溶解：HNO3HNO3-+H+自催化以形成亚硝酸和空穴 HNO2+HNO3N2O4+H2O N2O4+HNO22NO2-+2h+2NO2-+2h+2HNO2腐蚀剂必须到表面才能和硅反应或腐蚀运动到表面的方式将影响到选择比,过刻,和均匀性NO2是硅的有效氧化剂半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的硅的HNA腐蚀腐蚀-4醋酸的作用醋酸的作用常用水代替CH3COOH醋酸的电绝缘常数比水低 CH3COOH-6.15 H2O-81 减少了硝酸的溶解，提高了氧化能力减少了硝酸的溶解，提高了氧化能力半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的HNA腐蚀-5半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的HNA腐蚀-6半导体器件原理与工艺半导体器件原理与工艺 硅的HNA腐蚀-7区1：高HF浓度区，腐蚀曲线平行于硝酸浓度刻度，腐蚀受硝酸控制。留下少部分氧化物区2：高硝酸浓度区，腐蚀曲线平行于氢氟酸浓度刻度，腐蚀受氢氟酸控制。区3：腐蚀受水的影响不大，当HF:HNO3=1:1时，腐蚀速率下降很快