半导体制程培训CMP和蚀刻.pptx
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半导体基础知识PPT培训课件
半导体基础知识ppt培 训课件
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
目录
• 半导体简介 • 半导体材料 • 半导体器件 • 半导体制造工艺 • 半导体技术发展趋势 • 案例分析
半导体简介
01
半导体的定义
总结词
半导体的定义
详细描述
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，常见的半导体材 料有硅、锗等。
半导体的特性
总结词
化合物半导体具有宽的禁带宽度和高 的电子迁移率等特点，使得化合物半 导体在光电子器件和高速电子器件等 领域具有广泛的应用。
掺杂半导体
掺杂半导体是在纯净的半导体中掺入其他元素，改变其导电 性能的半导体。
掺杂半导体的导电性能可以通过掺入不同类型和浓度的杂质 来调控，从而实现电子和空穴的平衡，是制造晶体管、集成 电路等电子器件的重要材料。
掺杂的目的是形成PN结、调控载流 子浓度等，从而影响器件的电学性能。
掺杂和退火的均匀性和控制精度对器 件性能至关重要，直接影响最终产品 的质量和可靠性。
半导体技术发展趋势
05
新型半导体材料
硅基半导体材料
宽禁带半导体材料
作为传统的半导体材料，硅基半导体 在集成电路、微电子等领域应用广泛。 随着技术的不断发展，硅基半导体的 性能也在不断提升。
半导体制造工艺
04
晶圆制备
晶圆制备是半导体制造的第一步，其目的是获得具有特定晶体结构和纯度的单晶硅 片。
制备过程包括多晶硅的提纯、熔炼、长晶、切磨、抛光等步骤，最终得到可用于后 续工艺的晶圆。
晶圆的质量和表面光洁度对后续工艺的成败至关重要，因此制备过程中需严格控制 工艺参数和材料质量。
薄膜沉积
输入 标题
详细描述
集成电路的制作过程涉及微电子技术，通过一系列的 工艺步骤，将晶体管、电阻、电容等电子元件集成在 一块硅片上，形成复杂的电路。
半导体工艺之光刻刻蚀专题培训课件
什么是 PM2.5？
超净间的组成及注意事项
更衣间
风淋室
工作间1
工作间2
传递仓
超净服的穿戴
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第一步：戴上口罩； 注意事项：
◆穿戴前把头发扎好，衣
√服整理好； ◆戴口罩时可以露出鼻子。
戴口罩时可以 露出鼻子
√
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第二步：戴上工帽； 注意事项：
√ ◆需要把纽扣扣好 ◆不能有头发外露。
头发外露
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第三步：穿戴工衣； 注意事项：
◆工帽需要被工衣完
√ 全覆盖 ◆需要扣好纽扣。
工帽外露，纽扣没有 扣好
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第四步：穿戴工裤、工鞋； 注意事项：
◆选用合适的工鞋，穿工鞋时 不能踩到鞋跟。
√踩 到 鞋 跟
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第五步：戴好乳胶手套； 注意事项： ◆乳胶手套分大（L)、中 (M)、小(S)，请选用尺寸 合适的手套
导入—光刻和刻蚀
图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和 电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在 衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。
光刻 (lithography，又译图形曝光 )：使用带有某一层设计几何图形的掩模 版(mask)，通过光化学反应，经过曝光和显影，使光敏的光刻胶在衬底上形成三 维浮雕图形。将图案转移到覆盖在半导体晶片上的感光薄膜层上(称为光致光刻 胶、光刻胶或光阻，resist，简称光刻胶)的一种工艺步骤。
√乳 胶 手 套 尺 寸 过 大
◆穿戴流程示意图
√√ √√
◆其他注意事项
超净间的组成及注意事项
更衣间
风淋室
工作间1
工作间2
传递仓
超净服的穿戴
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第一步：戴上口罩； 注意事项：
◆穿戴前把头发扎好，衣
√服整理好； ◆戴口罩时可以露出鼻子。
戴口罩时可以 露出鼻子
√
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第二步：戴上工帽； 注意事项：
√ ◆需要把纽扣扣好 ◆不能有头发外露。
头发外露
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第三步：穿戴工衣； 注意事项：
◆工帽需要被工衣完
√ 全覆盖 ◆需要扣好纽扣。
工帽外露，纽扣没有 扣好
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第四步：穿戴工裤、工鞋； 注意事项：
◆选用合适的工鞋，穿工鞋时 不能踩到鞋跟。
√踩 到 鞋 跟
◆工作服穿戴步骤及注意事项
第五步：戴好乳胶手套； 注意事项： ◆乳胶手套分大（L)、中 (M)、小(S)，请选用尺寸 合适的手套
导入—光刻和刻蚀
图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和 电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在 衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。
光刻 (lithography，又译图形曝光 )：使用带有某一层设计几何图形的掩模 版(mask)，通过光化学反应，经过曝光和显影，使光敏的光刻胶在衬底上形成三 维浮雕图形。将图案转移到覆盖在半导体晶片上的感光薄膜层上(称为光致光刻 胶、光刻胶或光阻，resist，简称光刻胶)的一种工艺步骤。
√乳 胶 手 套 尺 寸 过 大
◆穿戴流程示意图
√√ √√
◆其他注意事项
半导体 第十四讲 CMP
在CMP单项工艺之中，抛光后清洗是非常重要的步 骤。通常我们必须权衡抛光指标(均匀性，平整度， 产能)与清洗指标(颗粒，划伤，其他表面损伤， 残余的离子和金属玷污)。超声搅拌可与柔软的抛 光板刷或清洁溶剂相结合，以帮助去除硅表面的 胶状悬浮物。通常硅片都需要转移到预留用于清 洁的第二块抛光盘，这个转移必须及时进行以防 硅片表面的悬浮物变干，一旦悬浮物变干则残留 物的去除会变得非常困难。
对于钨CMP工艺，氧化铝(矾土)是最常用的 研磨料，由于它比其他大多数研磨料都更 接近于钨的硬度。钨通过不断的，自限制 的钨表面的氧化和随之以后的机械研磨被 去除。这种膏剂形成含水钨氧化物，被数 量级为200nm的氧化铝颗粒选择性去除。已 经表明，对于典型的CVD钨，当膜变薄时去 除速率增加。这与钨晶粒尺寸的改变相关。
对铜的化学机械抛光特别有趣，因为铜具有低的 电阻率并且用等离子体特别难以刻蚀。所以铜的 图形能够通过一种被称为Damascene工艺的CMP技 术形成。铜可以在一种包含有直径为几百个纳米 的颗粒的水状溶剂之中被抛光。典型的膏剂包含 有铵氢氧化物，醋酸，双氧水，可获得高达每分 钟1600nm的抛光速率。与钨不同，铜是一种软金 属。机械效应在抛光过程中具有重大的影响。现 已发现抛光速率与所加压力和相对线速度呈正比。 盘的状况和压力应用机理对铜的CMP尤其重要。
Cabot所用的氧化硅粒子是经由四氯化碳 (SiCl4)在近乎1800℃的高温下与高纯度的氢、 氧作用烧结成氧化硅粒子，可以获得高纯 度及均匀分布的颗粒。经由燃烧条件的控 制，即可调整粒子的尺寸，生产的稳定性 好。相对其他氧化硅粒子的制作方式，高 温烧结可拥有较窄的粒径尺寸分布。这是 Cabot持续占有全球主要市场的因素。
光刻和刻蚀工艺PPT培训课件
图形曝光与刻蚀
刻蚀
由图形曝光所形成的抗蚀剂图案，并不是电路 器件的最终部分，而只是电路图形的印模。为 了产生电路图形，这些抗蚀剂图案必须再次转 移至下层的器件层上。
这种图案转移（pattern transfer）是利用腐 蚀（etching）工艺，选择性地将未被抗蚀剂 掩蔽的区域去除。
光阻上
目的：
确定图案的精确形状和尺寸 完成顺序两次光刻图案的准确套制
曝光后烘焙（PEB）
驻波效应
定义：入射光与反射光间的相长和相消干涉造 成的效应
影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界 将会出现驻波效应，影响显影后所形成的图形 尺寸和分辨率
改善措施：曝光后烘焙
4、显影（Development）
低 过高的温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，使光刻
胶在曝光时的敏感度变差
3、曝光（Exposure）
紫外光 掩模版
（3）曝光
光刻胶 SiO2
Si
3、曝光（Exposure）
曝光
光通过掩模版照射，使照射到的光刻胶起光化学反应 感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的溶解度不同 掩模版上的图案，完整地传递(Transfer)到晶片表面的
光刻工艺过程
涂胶 coating 前烘 prebaking 曝光 exposure 显影 development 坚膜 postbake 刻蚀 etch 去胶 strip 检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
光刻胶 SiO2
Si （4）显影、坚膜
4、显影（Development）
半导体制程培训CMP和蚀刻
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半导体制造工艺流程
干法刻蚀
优点：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好， 细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引 入污染，洁净度高。
缺点：成本高，设备复杂。
干法刻蚀方式：①溅射与离子束铣蚀 ②等离子刻蚀（Plasma Etching） ③③高压等离子刻蚀 ④高密度等离子体（HDP）刻蚀 ⑤反应离子刻蚀（RIE）
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半导体制造工艺流程
单层金属IC的表面起伏剖面
顶层
氮化硅
Poly
n+
金属化前氧化层 侧墙氧化层 栅氧化层
垫氧 ILD
n+
场氧化层
氧化硅
Metal
氧化硅 Poly Metal
p+
p+
pห้องสมุดไป่ตู้ 外延层
n-阱 Metal
p+ 硅衬底
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半导体制造工艺流程
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半导体制造工艺流程
应用
化学机械抛光主要用于以下几个方面: ①深槽填充的平面化
②接触孔和过孔中的金属接头的平面化
③生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化
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半导体制造工艺流程
CMP技术的优点：
1．能获得全局平坦化； 2．各种各样的硅片表面能被平坦化； 3．在同一次抛光过程中对平坦化多层材料有用； 4．允许制造中采用更严格的设计规则并采用更多的互连层； 5．提供制作金属图形的一种方法。 6. 由于减小了表面起伏，从而能改善金属台阶覆盖； 7．能提高亚0.5微米器件和电路的可靠性、速度和成品率； 8．CMP是一种减薄表层材料的工艺并能去除表面缺陷； 9．不使用在干法刻蚀工艺中常用的危险气体。
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半导体制造工艺流程
干法刻蚀
优点：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好， 细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引 入污染，洁净度高。
缺点：成本高，设备复杂。
干法刻蚀方式：①溅射与离子束铣蚀 ②等离子刻蚀（Plasma Etching） ③③高压等离子刻蚀 ④高密度等离子体（HDP）刻蚀 ⑤反应离子刻蚀（RIE）
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半导体制造工艺流程
单层金属IC的表面起伏剖面
顶层
氮化硅
Poly
n+
金属化前氧化层 侧墙氧化层 栅氧化层
垫氧 ILD
n+
场氧化层
氧化硅
Metal
氧化硅 Poly Metal
p+
p+
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n-阱 Metal
p+ 硅衬底
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半导体制造工艺流程
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半导体制造工艺流程
应用
化学机械抛光主要用于以下几个方面: ①深槽填充的平面化
②接触孔和过孔中的金属接头的平面化
③生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化
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半导体制造工艺流程
CMP技术的优点：
1．能获得全局平坦化； 2．各种各样的硅片表面能被平坦化； 3．在同一次抛光过程中对平坦化多层材料有用； 4．允许制造中采用更严格的设计规则并采用更多的互连层； 5．提供制作金属图形的一种方法。 6. 由于减小了表面起伏，从而能改善金属台阶覆盖； 7．能提高亚0.5微米器件和电路的可靠性、速度和成品率； 8．CMP是一种减薄表层材料的工艺并能去除表面缺陷； 9．不使用在干法刻蚀工艺中常用的危险气体。
半导体制程培训-光刻.pptx
氧化淀积金属化光刻刻蚀离子注入化学机械平坦化硅片测试装配与封装cmos工艺流程中的主要制造步骤氧化场氧siliconsubstratesilicondioxideoxygen光刻胶显影oxide光刻胶涂胶photoresist掩膜版硅片对准与曝光maskuvlight报过光的光刻胶exposedphotoresist氮化硅淀积gsd有源区topnitridesdgsiliconnitridecontactholessdg接触刻蚀离子注入oxdgscanningionbeams金属淀积与刻蚀drainsdgmetalcontacts多晶硅淀积polysiliconsilanegasdopantgas氧化栅氧化硅gateoxideoxygen光刻胶去除oxideionizedoxygengas氧化硅刻蚀photoresistoxideionizedcf4gas多晶硅光刻与刻蚀oxideionizedccl4gas半导体制造工艺流程光刻
后段制程
1：构装（Packaging）、 2：测试制程（Initial Test and Final Test）
2
半导体制造工艺流程
前段制程
1>.衬底选择 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B
半导体制造工艺流程
2>.硅片定位边或定位槽
在硅锭上做一个定位边来标明晶体结构和硅片的晶向。 主定位边标明了晶体结构的晶向，如图2.12所示还有一个 次定位边标明硅片的晶向和导电类型。
半半导导体体制制造造工工艺艺流流程程
让让我我们们和和迈迈博博瑞瑞一一起起成成长长
作作者者：：RRiicchhaardrd_LiLuiu
半导体制造工艺流程
半导体元件制造过程可分为:
后段制程
1：构装（Packaging）、 2：测试制程（Initial Test and Final Test）
2
半导体制造工艺流程
前段制程
1>.衬底选择 N型硅：掺入V族元素--磷P、砷As、锑Sb P型硅：掺入III族元素—镓Ga、硼B
半导体制造工艺流程
2>.硅片定位边或定位槽
在硅锭上做一个定位边来标明晶体结构和硅片的晶向。 主定位边标明了晶体结构的晶向，如图2.12所示还有一个 次定位边标明硅片的晶向和导电类型。
半半导导体体制制造造工工艺艺流流程程
让让我我们们和和迈迈博博瑞瑞一一起起成成长长
作作者者：：RRiicchhaardrd_LiLuiu
半导体制造工艺流程
半导体元件制造过程可分为:
半导体工艺原理刻蚀工艺(课堂PPT)
需要刻蚀的物质：SiO2 、Si3N4、Polysilicon和铝合金及
Si
要求：图形的保真度高、选择比好、均匀性好、清洁。
.
3
刻蚀工艺流程
刻蚀的基本概念 选择性的去除硅片上薄膜的工艺。 选择性：分为整片全部去除和部分去除； 去除：分为干法刻蚀和湿法刻蚀； 薄膜：介电质层、金属层、多晶层、光刻胶等薄膜。
对二氧化硅有选择性，需要氧化物掩膜。
H3PO4:H2O:HNO3:CH3COOH(16:2:1: 对硅，氧化硅和光刻胶有选择性 1)
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
简要介绍 各向同性或接近各向同性（有严重钻蚀）；对SiO2很少或没有选择性
非常各向异性，对SiO2没有选择性 各向同性或接近各向同性，对SiO2有选择性 非常各向异性，对SiO2选择性很高
接近各向同性（有严重钻蚀）；增大离子能量或降低气压能够改进各向 同性程度；对硅很少或没有选择性
非常各向同性；对硅有选择性 各向同性；对Si3N4有选择性 各向同性，对SiO2有选择性, 但对硅没有选择性 非常各向异性，对硅有选择性，但对SiO2没有选择性 非常各向异性，对硅和SiO2都有选择性， 接近各向同性（有严重钻蚀） 非常各向异性，经常加入BCl3以置换O2 高刻蚀速率，对SiO2没有选择性 对SiO2有选择性
.
34
其刻蚀分为两步，首先是要除去未被光刻胶保护 的硅化金属，可以采用CF4、SF6、Cl2、HCl2等 都可以用来作为硅化金属的RIE的反应气体。
对多晶硅的刻蚀采用氟化物将导致等方向性的刻 蚀，而Polycide 的刻蚀必须采用各向异性，因 此采用氯化物较好，有 Si, HCL2, SiCl4等。
Si
要求：图形的保真度高、选择比好、均匀性好、清洁。
.
3
刻蚀工艺流程
刻蚀的基本概念 选择性的去除硅片上薄膜的工艺。 选择性：分为整片全部去除和部分去除； 去除：分为干法刻蚀和湿法刻蚀； 薄膜：介电质层、金属层、多晶层、光刻胶等薄膜。
对二氧化硅有选择性，需要氧化物掩膜。
H3PO4:H2O:HNO3:CH3COOH(16:2:1: 对硅，氧化硅和光刻胶有选择性 1)
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
简要介绍 各向同性或接近各向同性（有严重钻蚀）；对SiO2很少或没有选择性
非常各向异性，对SiO2没有选择性 各向同性或接近各向同性，对SiO2有选择性 非常各向异性，对SiO2选择性很高
接近各向同性（有严重钻蚀）；增大离子能量或降低气压能够改进各向 同性程度；对硅很少或没有选择性
非常各向同性；对硅有选择性 各向同性；对Si3N4有选择性 各向同性，对SiO2有选择性, 但对硅没有选择性 非常各向异性，对硅有选择性，但对SiO2没有选择性 非常各向异性，对硅和SiO2都有选择性， 接近各向同性（有严重钻蚀） 非常各向异性，经常加入BCl3以置换O2 高刻蚀速率，对SiO2没有选择性 对SiO2有选择性
.
34
其刻蚀分为两步，首先是要除去未被光刻胶保护 的硅化金属，可以采用CF4、SF6、Cl2、HCl2等 都可以用来作为硅化金属的RIE的反应气体。
对多晶硅的刻蚀采用氟化物将导致等方向性的刻 蚀，而Polycide 的刻蚀必须采用各向异性，因 此采用氯化物较好，有 Si, HCL2, SiCl4等。
半导体CMP工艺介绍PPT教案学习
Mirra-Mesa 机台外观-俯视图
Top view
(Mesa)
Mirra
第32页/共35页
Introduction of
CMP Mirra-Mesa 机台-运作过程简称
6
5
2
3
1
4
12: FABS 的机器手从cassette 中拿出未 加工的WAFER并送到WAFER的暂 放台。
23: Mirra 的机器手接着把WAFER从暂 放台运送到LOADCUP。 LOADCUP 是WAFER 上载与卸载 的地方。
半导体CMP工艺介绍
会计学
1
Introduction of CMP
目录
CMP的发展史 CMP简介 为什么要有CMP制程 CMP的应用 CMP的耗材 CMP Mirra-Mesa 机台简况
第1页/共35页
Introduction of CMP
1983: 1986:
C氧M化P硅制C程M由PI（BMO发xid明e-。CMPC）M开P始发试展行史。
第29页/共35页
Introduction of CMP
CMP Mirra-Mesa 机台简况
第30页/共35页
Introduction of CMP
Mirra-Mesa 机台外观-侧面
SMIF POD
WET ROBHale Waihona Puke TMIRRAFABS
MESA
第31页/共35页
Introduction of CMP
第8页/共35页
Introduction of CMP
Teres 研磨均匀性(Non-uniformity) 的气流控制 法
第9页/共35页
Introduction of CMP
Top view
(Mesa)
Mirra
第32页/共35页
Introduction of
CMP Mirra-Mesa 机台-运作过程简称
6
5
2
3
1
4
12: FABS 的机器手从cassette 中拿出未 加工的WAFER并送到WAFER的暂 放台。
23: Mirra 的机器手接着把WAFER从暂 放台运送到LOADCUP。 LOADCUP 是WAFER 上载与卸载 的地方。
半导体CMP工艺介绍
会计学
1
Introduction of CMP
目录
CMP的发展史 CMP简介 为什么要有CMP制程 CMP的应用 CMP的耗材 CMP Mirra-Mesa 机台简况
第1页/共35页
Introduction of CMP
1983: 1986:
C氧M化P硅制C程M由PI（BMO发xid明e-。CMPC）M开P始发试展行史。
第29页/共35页
Introduction of CMP
CMP Mirra-Mesa 机台简况
第30页/共35页
Introduction of CMP
Mirra-Mesa 机台外观-侧面
SMIF POD
WET ROBHale Waihona Puke TMIRRAFABS
MESA
第31页/共35页
Introduction of CMP
第8页/共35页
Introduction of CMP
Teres 研磨均匀性(Non-uniformity) 的气流控制 法
第9页/共35页
Introduction of CMP
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Si Si
Si Si
Si Si
Si Si Si Si
Si Si
SiO2 层
半导体制造工艺流程
金属抛光
金属抛光与氧化硅抛光机理有一定的区别，采用氧化的方法 使金属氧化物在机械研磨中被去除。半导体制造工艺流程金属 NhomakorabeaMP的原理
抛光垫 向下施加力 磨料 旋转
1) 表面刻蚀 和钝化
2) 机械磨除 3) 再钝化
BPSG
半导体制造工艺流程
传统的平坦化技术——旋涂膜层
SOG
1)
ILD-1 烘烤后的SOG ILD-1
2)
ILD-2淀积
3)
ILD-1
半导体制造工艺流程
化学机械平坦化机理 有两种CMP机理可以解释是如何来进行硅片表面 平坦化的: 1) 表面材料与磨料发生化学反应生成一层相对 容易去除的表面层； 2）这一反应生成的硅片表面层通过磨料中研磨 机和研磨压力与抛光垫的相对运动被机械地磨 去。
研磨液
平坦化工艺中研 磨材料 石英
二氧化铝
氧化铈
磨料
化学添加剂的混 合物（其中的化 学添加剂则要根 据实际情况加以 选择） 氧化物磨料 金属钨磨料 金属铜磨料 特殊应用磨料
半导体制造工艺流程
氧化硅抛光
氧化硅抛光主要被应用于平坦化金属层间淀积的层间介质 （ILD。磨料中的水和氧化硅发生表面水合作用，从而使氧化 硅的硬度、机械强度等有效降低，在机械力的作用下将氧化 硅去除。
半导体制造工艺流程
化学机械平坦化原理图
向下施加力 磨头 硅片 磨料 转盘
抛光垫
磨料喷头
半导体制造工艺流程
研磨液
磨料是平坦化工艺中研磨材料和化学添加剂的混合物，研磨 材料主要是石英，二氧化铝和氧化铈，其中的化学添加剂则 要根据实际情况加以选择，这些化学添加剂和要被除去的材 料进行反应，弱化其和硅分子联结，这样使得机械抛光更加 容易。在应用中的通常有氧化物磨料、金属钨磨料、金属铜 磨料以及一些特殊应用磨料
半导体制造工艺流程
应用
化学机械抛光主要用于以下几个方面: ①深槽填充的平面化
②接触孔和过孔中的金属接头的平面化
③生产中间步骤中氧化层和金属间电介层的平面化
半导体制造工艺流程
CMP技术的优点：
1．能获得全局平坦化； 2．各种各样的硅片表面能被平坦化； 3．在同一次抛光过程中对平坦化多层材料有用； 4．允许制造中采用更严格的设计规则并采用更多的互连层； 5．提供制作金属图形的一种方法。 6. 由于减小了表面起伏，从而能改善金属台阶覆盖； 7．能提高亚0.5微米器件和电路的可靠性、速度和成品率； 8．CMP是一种减薄表层材料的工艺并能去除表面缺陷； 9．不使用在干法刻蚀工艺中常用的危险气体。
氧化硅 金属 氧化硅 金属
金属
半导体制造工艺流程
半导体制造工艺流程
清洗
在抛光工艺过程中，磨料和被抛光对象都会造成硅片的沾污， 清洗的主要目的就是为了清除这些沾污物质，使硅片的质量不 致受到影响。所采用到的清洗设备有毛刷洗擦设备、酸性喷淋 清洗设备、兆声波清洗设备、旋转清洗干燥设备等。清洗步骤 主要有氧化硅清洗、浅沟槽隔离清洗、多晶硅清洗、钨清洗、 铜清洗等。
半导体制造工艺流程
CMP氧化硅原理图
抛光垫
(1) 磨料喷嘴
磨料
(3)机械力将磨料压到硅片中
旋转 CMP系统
副产物
(5) 副产物去除
Si Si
排水管
Si
(2) H2O & OH- 运动到硅片表面
Si
Si(OH)4
(4) 表面反应和 机械磨损
Si Si Si Si Si Si Si
Si Si
Si Si
半导体制造工艺流程
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刻蚀种类
①干法刻蚀 利用等离子体将不要的材料去除（亚微米尺寸下刻蚀器件 的最主要方法）。 ②湿法刻蚀 利用腐蚀性液体将不要的材料去除。 显而易见，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。 湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀 材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到 刻蚀目的。
e
gas energy
plasma
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半导体制造工艺流程
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等离子刻蚀过程
半导体制造工艺流程——CMP
化学机械平坦化
化学机械平坦化 （Chemical-Mechanical Planarization, CMP）， 又称化学机械研磨（Chemical-Mechanical Polishing），是半导体 器件制造工艺中的一种技术，使用化学腐蚀及机械力对加工过 程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理。
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湿法刻蚀
湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、 腐蚀。 优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低
缺点是：钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征 尺寸；会产生大量的化学废液。
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同性刻蚀
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什么是Plasma
• Plasma就是等离子体(台湾一般称为电浆), 由气体电离后产生 的正负带电离子以及分子, 原子和原子团组成. 只有强电场作用 下雪崩电离发生时, Plasma才会产生. • 气体从常态到等离子体的转变, 也是从绝缘体到导体的转变. • Plasma 一些例子: 荧光灯,闪电等.
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让我们和迈博瑞一起成长 让我们和迈博瑞一起成长
作 者：Richard Richard_Liu 作 者： Liu
半导体制造工艺流程——刻蚀
刻蚀
刻蚀（Etch），它是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及 微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻相联系的图 形化（pattern）处理的一种主要工艺。 *实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻 曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。 随着微制造工艺的发展。 *广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来 剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。
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CMP
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1、平坦化有关的术语； 2、传统的平坦化技术； 3、化学机械平坦化机理； 4、化学机械平坦化应用。
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未平坦化
平滑处理
局部平坦化
全局平坦化
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单层金属IC的表面起伏剖面
氮化硅 顶层 氧化硅 垫氧 Poly n+ 金属化前氧化层 Metal
抛光垫通常使用聚亚胺脂(Polyurethane)材料制造，利用这种 多孔性材料类似海绵的机械特性和多孔特性，表面有特殊之 沟槽，提高抛光的均匀性，垫上有时开有可视窗，便于线上 检测。通常抛光垫为需要定时整修和更换之耗材，一个抛光 垫虽不与晶圆直接接触，但使用售命约仅为45至75小时。
半导体制造工艺流程
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干法刻蚀
优点：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好， 细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引 入污染，洁净度高。
缺点：成本高，设备复杂。 干法刻蚀方式：①溅射与离子束铣蚀 ②等离子刻蚀（Plasma Etching） ③③高压等离子刻蚀 ④高密度等离子体（HDP）刻蚀 ⑤反应离子刻蚀（RIE）
ILD
场氧化层 n+
氧化硅
p+
Poly
Metal p+
侧墙氧化层 栅氧化层
n-阱
Metal
p– 外延层
p+ 硅衬底
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传统的平坦化技术——反刻
平坦化的材料
光刻胶或SOG SiO2
不希望的起伏
反刻后的形貌
SiO2
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传统的平坦化技术——玻璃回流
淀积的层间介质
BPSG
回流的平滑效果
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CMP技术的缺点：
1．CMP技术是一种新技术，对工艺变量控制相对较差， 并且工艺窗口窄； 2．CMP技术引入的新的缺陷将影响芯片成品率，这些缺 陷对亚0.25微米特征图形更关键； 3. CMP技术需要开发别的配套工艺技术来进行工艺控制和 测量； 4. 昂贵的设备及运转、维护费用。