标签: 晶圆蚀刻

引言 集成电路是一种小型但复杂的器件，具有多种电子功能。它由两个主要部分组成：一个微小的和非常脆弱的硅芯片（模具）和一个封装，旨在保护内部的硅芯片，并为用户提供一个实用的方式来处理组件。本说明描述了各种“前端”和“后端”的制造过程，并以晶体管为例，因为它使用了MOS技术。实际上，这项技术被用于意法半导体公司制造的大多数集成电路。（江苏英思特半导体科技有限公司） 最初，硅芯片形成了一个非常薄的（通常是650微米）的圆形硅片的一部分：原始的晶圆片。晶片直径通常为125、150或200 mm（5、6或8英寸）。然而，原纯硅具有一个主要的电学特性：它是一种隔离材料。因此，硅的一些特性必须通过经过良好控制的过程来改变。这是通过“掺杂”硅而得到的。 实验 有两种方法可以掺杂硅。第一个是将晶圆片插入熔炉。然后引入掺杂气体，以浸渍硅表面。这是制造过程中的一部分，称为扩散（另一部分是氧化物的生长）。第二种掺杂硅的方法称为离子注入。在这种情况下，利用电子束在硅中引入掺杂原子。与扩散不同，离子注入可以使原子在硅内部达到给定的深度，并且基本上可以在此过程中更好地控制所有的主要参数。离子注入过程比扩散过程更简单，但更昂贵（离子注入器是非常昂贵的机器） 结果和讨论 图1.扩散和离子植入过程 掩蔽（或掩蔽）是在过程中重复多次的操作。此操作在上图中有所描述。这一步骤被称为掩光，因为晶圆片在某些区域被“遮蔽”（使用特定的图案），就像在涂上车身之前“遮蔽”或保护汽车的挡风玻璃一样。但是，即使这个过程有点类似于车身的油漆，在硅芯片的情况下，尺寸是以十分之一微米来测量的。光刻胶将在晶圆片上复制这种图案。然后用溶剂（通常是氢氟酸或磷酸）冲洗掉光刻抗蚀剂的暴露部分。（江苏英思特半导体科技有限公司） 结论 如果我们在栅极和漏极上施加一个正电压，那么这将吸引存在于源极和漏极之间的通道中的电子，从而使电流有可能在S和D之间流动。 晶片与n型掺杂剂扩散形成源结和漏结。晶体管栅极材料作为掺杂剂的屏障，提供一个自对准到两个结的非扩散通道。然后晶片被氧化，用一层二氧化硅来密封连接。 然后在晶片上沉积一层厚厚的玻璃层（以提供更好的绝缘），形成接触孔的图案，并放置在高温炉中。金属沉积在晶片上，互连图案和外部粘合垫被定义和蚀刻。为了防止设备受到污染或水分攻击，晶片用钝化层密封。最后一次打开窗口只在外部连接的连接板上。（江苏英思特半导体科技有限公司） 图2 江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护

引言 虽然它可能听起来不像极紫外 (EUV) 光刻那么吸引人，但对于确保领先节点、先进半导体器件制造的成功，湿式晶圆清洗技术可能比EUV更为重要。这是因为器件可靠性和最终产品产量都与晶圆在经过数百个图案化、蚀刻、沉积和互连工艺步骤时的清洁度直接相关。（江苏英思特半导体科技有限公司） 仅晶圆上的单个粒子就足以导致致命缺陷或偏移，最终导致设备故障。当今最先进的节点设备用于智能汽车、医疗保健和工业应用等关键应用。因此，设备可靠性比以往任何时候都 更加重要。这意味着更严格的设备分类和装箱，这会影响良率。（江苏英思特半导体科技有限公司） 不幸的是，许多传统的晶圆清洗方法不仅不足以满足先进节点技术的要求，而且还会对精细结构（如 finFET 和硅通孔）造成损坏。因此，选择正确的湿法晶圆清洗技术不应留作事后考虑，而应作为稳健制造工艺流程的一部分进行仔细考虑。 鉴于此，让我们看看湿法晶圆清洗技术是如何从一门艺术发展成为一门科学的，以及湿法晶圆清洗技术是如何专门针对先进技术节点的需求而发展起来的。（江苏英思特半导体科技有限公司） 湿法晶圆清洗技术的发展 湿台法 早期，当晶圆测量直径为 150 毫米，技术节点在45纳米以上时，湿台批处理就足够了。湿式湿法晶圆清洗的动机是吞吐量和便利性。作为一个批处理过程，25-50个晶圆可以有效地通过清洁步骤。 这个简单的过程涉及将一批晶圆浸入开放式湿工作台中的清洁化学品中，以松散并去除颗粒、金属和其他污染物。不幸的是，湿式工作台清洁难以控制，并且不足以从更精细的沟槽和通孔中去除亚微米颗粒。事实上，浸没过程导致化学物质沿着晶圆流下并留下颗粒。此外，作为一个开放的过程，还有健康和安全方面的影响。因此，如今湿法工作台方法仅用于氮化硅剥离。随着晶圆变大，通孔、沟槽和互连技术变小，清洁和表面准备变得更加复杂。重点从单纯的清洁转移到表面处理。目标是确保晶圆表面无颗粒且不被损坏，并且还针对下一步进行了优化，例如薄膜沉积。这需要更科学的方法，以便根据情况对清洁进行微调。（江苏英思特半导体科技有限公司） 批量喷雾法 在湿法晶圆清洗技术的发展过程中，接下来采用了批量喷雾。喷涂晶圆增加了化学物质的速度，提高了从晶圆特征中去除颗粒的能力。因为晶圆批次被封闭在雾化室中，所以它是一个更安全的系统。然而，由于是批处理，它仍然受到相关挑战。其中之一是喷涂晶圆粘在一起产生的镜面效应，因此化学物质无法到达晶圆表面进行清洁。（江苏英思特半导体科技有限公司） 单湿晶圆清洗 使用喷雾方法的单湿法晶圆清洁技术现在是对45纳米以下的技术节点执行许多清洁步骤的首选方法，在200和300毫米晶圆上制造。喷雾更容易控制，虽然吞吐量可能是一个问题，但由于更清洁的晶圆和更少的缺陷，产量提高的好处抵消了它。 传统喷雾方法的挑战在于，气溶胶无法始终达到适当的角度或深度来彻底清洁垂直特征和深孔。此外，喷雾的力量可能会损坏精致的特征。（江苏英思特半导体科技有限公司） 4、 兆声波喷雾清洗 我们采用最先进的空间交替相移 (SAPS™) 兆声波清洗工艺，将单片湿法晶圆清洗提升到了一个新的水平。充分清洁晶圆和造成损坏之间存在细微差别。SAPS 使得控制兆声波电池和晶圆之间的距离成为可能。此外，我们的SAPS工艺使用Lamb波渗透硅并减薄化学物质的边界层以微调背面清洁。最后，我们专有的及时通电气泡振荡 (TEBO™) 兆声波技术通过稳定空化作用来清洁 28 纳米及以下的“敏感”结构防止清洗过程中气泡内爆造成的损坏。结果是从最平坦的表面和最深的通孔到最精密的结构，均一无损地进行清洁。（江苏英思特半导体科技有限公司） 结论 最先进的湿法晶圆清洗技术已经从湿法工作台发展到批量喷涂，再到单晶圆喷涂方法。这种转变是由提高先进技术节点半导体器件的可靠性和产量的需求推动的。ACM 的 SAPS 兆声波清洁使用结果均匀清洁，减少对晶圆结构的损坏。（江苏英思特半导体科技有限公司）

引言 基于化学的硅晶片微加工主要有两种类型： 各向同性和各向异性硅蚀刻。各向同性蚀刻是所有晶体方向的蚀刻速率相同的地方，非常适合结构释放蚀刻等工艺，以及在用作器件制造的沉积模板或机械支撑后去除牺牲硅晶片 。 各向异性蚀刻是蚀刻速率取决于蚀刻方向的晶体取向的地方。 湿法蚀刻还可能因液体搅拌和 / 或晶片 干燥过程对结构造成机械损坏，从而导致产量和可靠性变化 。 。粘滞效应对于微机电系统 (MEMS) 的制造来说尤其不利，因为薄结构实际上可以 “ 粘 ” 到基板上，从而妨碍安全释放或操作 。（江苏英思特半导体科技有限公司） 在这里，我们报告了使用这种替代 Si 蚀刻技术和三种不同硬掩模的初步结果：碳化硅 (SiC) 、 SiO 2 和氮化硅 (SiN) 薄膜。作为概念证明，我们还将展示基于单晶 SiC 的隔膜、类 MEMS 结构和模仿光子波导结构的长 Si 条纹的制造。据我们所知，迄今为止还没有报道过这种蚀刻方法（在高温下仅使用 O 2 进行深硅蚀刻以进行硅微加工）。由于其众多优势，我们相信这种替代硅蚀刻技术可以成为一种有吸引力的硅微加工工艺，用于包括 MEMS 和硅光子学在内的广泛应用。 实验 首先使用 2英寸和150毫米Si(100) 基板在两侧涂上一层薄膜用于蚀刻掩模，并使用定制的低压化学气相沉积 (LP-CVD) 由约300纳米厚的单晶SiC组成工具 ，通过反应溅射形成约100 nm厚的 、 SiN，或通过使用SiH 4 和O 2 的LP-CVD形成100至1000 nm厚的SiO 2 在440 °C 或在1000 °C的炉中通过干法氧化热生长。这三个硬掩模针对此Si蚀刻工艺进行了兼容性测试，但为了方便起见，仅将SiC掩模用于这些研究，因为我们已经制造了许多SiC涂层硅晶片。然后将光刻胶旋涂到掩模层上，然后使用标准的UV光刻技术进行图案化，然后进行干法蚀刻，以将2至600 μm宽、1 mm长的各种形状和尺寸的特征转移到硬掩模中。两英寸晶片的暴露硅面积约为23% ， 150 毫米晶片的暴露硅面积在 15% 到 40% 之间。 结果和讨论 图1.阿伦尼乌斯图显示在1100°C至1200°C下用20 sccm O2蚀刻后在600μm宽方形上测量的蚀刻速率。 图2.垂直蚀刻率和横向蚀刻率作为O2流量的功能的(a)比率。 图3.在不同O2流量下，掩模打开面积对Si（100）横向蚀刻速率的影响。 图4.在(a) 5、(b) 10、(c) 20、(d) 30、(e) 40、(f) 50、(g) 80和(h) 100 sccm的o2流速下，以1150°C蚀刻80μm方形掩模开口的光学显微镜图像。 结论 本文介绍了一种利用纯o2在高温下深蚀刻硅的新技术，并成功地演示了各种微米尺度的结构。研究了蚀刻温度、氧气流速和掩模孔径的影响。更高的温度和更高的o2流速导致更高的Si蚀刻率，尽管只有在50 sccm以下才能获得光滑的Si表面。垂直-横向蚀刻速率比随o2流量而变化，在10 sccm O2时是完全各向同性的。一个有趣的观察结果是，通过改变o2流速，可以控制横向蚀刻率各向异性从各向异性到各向异性，在30 sccm处发生向各向同性的转变。高蚀刻率和高质量（光滑）蚀刻硅表面，加上消除卤素（提高安全性）和消除初步研究中实现的化学废物危害，显示了其在大规模制造中的巨大潜力。