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湿法制程整体解决方案提供商

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发布时间: 2017 - 12 - 06
在LED外延及芯片制造领域,湿法设备占据约40%以上的工艺,随着工艺技术的不断发展,湿法设备已经成为LED外延及芯片制造领域的关键设备,如SPM酸清洗、有机清洗、显影、去胶、ITO蚀刻、BOE蚀刻、PSS高温侧腐、下蜡、匀胶、甩干、掩膜版清洗等。南通华林科纳CSE深入研究LED生产工艺,现已形成可满足LED产业化项目需求的全自动湿法工艺标准成套设备。 LED 芯片的制造工艺流程为:外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2 沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P 极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。 CSE-外延片清洗机设备 设备名称南通华林科纳CSE-外延片清洗机设备可处理晶圆尺寸2”-12”可处理晶圆材料硅、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅、铌酸锂、钽酸锂等应用领域集成电路、声表面波(SAW)器件、微波毫米波器件、MEMS器件、先进封装等专有技术系统洁净性技术均匀性技术晶圆片N2干燥技术模块化系统集成技术自动传输及精确控制技术溶液温度、流量和压力的精确控制技术主要技术特点系统结构紧凑、安全腔体独立密封,具有多种功能可实现晶圆干进干出采用工控机控制,功能强大,操作简便可根据用户要求提供个性化解决方案设备制造商南通华林科纳半导体设备有限公司 www.hlkncse.com 400-8768-096 ;18913575037更多的外延片清洗设备相关资讯可以关注华林科纳CSE官网(www.hlkncse.com),现在热线咨询400-8768-096可立即获取免费的半导体行业相关清洗设备解决方案。
发布时间: 2017 - 12 - 06
旋转式喷镀台结合微组装工艺对镀制工艺的小批量、多规格和特殊应用要求等特点,在6" (150mm)晶圆电镀系统中采用了倾斜式旋转喷镀技术倾斜式旋转喷镀单元分由两个部分组成,一为阴极夹具、旋转单元、导线电刷、N2 保护单元组成的阴极回转体,二为三角形槽体、阳极和电力线挡板组成的阳极腔。倾斜旋转喷镀结构示意图如下:从镀制结构方式、镀制工艺应用分析可以看出,采用倾斜式旋转喷镀有以下几种优势。一是这种结构方式易实现槽体密封和附加N2 保护功能。二是在这种镀制工艺中,阴极的旋转运动使槽内电场不均问题得以解决,从而提高了镀制的均匀性。三是呈45°倾斜加阴极旋转的方式,可以较容易的祛除晶圆表面的气泡附着及“产生”气泡的消除。四是采用了多微孔进行镀液喷射,实现搅拌功能,消除局部PH值、温度、离子浓度等不均匀带来的影响。五是采用三角形镀槽设计最大限度的减少了镀液的消耗。六是该镀制结构方式可以满足多品种、小批量、低成本的生产需求。倾斜旋转喷镀技术、工艺优势斜式三角镀槽结构本系统采用倾斜式三角形镀槽结构,镀槽入口溢流口均与三角形斜边平行,可得到稳定且不易积累气泡的流场环境。通过进行相关模拟、仿真和验证,镀液入口采用扇形喷咀式结构,可保证镀液在平行于阴极表面方向上形成均匀而稳定的流场。从而通过改变流场的方法改善了镀层的均匀性。该结构的另一优点可使电镀液的用量减至最少程度。 南通华林科纳CSE采用倾斜旋转喷镀方法进行晶圆电镀工艺处理,由于结构上的特点,该方法经实验验证具有:①结构简单;②工艺参数控制容易;③有利气泡的消除;④镀制均匀性得到提高;⑤镀制溶液用量少。该方法尤其适应于小批量、多规格的电镀工艺,同时可以取得较好的镀制均匀性。图6为我们所研制的150mm晶圆倾斜旋转喷镀系统,目前已批量生产并在工艺线上得到较好的应用,产品已通过技术定型鉴定和用户验收。实现的主要工艺指标:最大晶...
发布时间: 2016 - 06 - 22
双腔甩干机1. 应用范围:l 本機台適用於半導體7”晶圓(含)以下之旋乾製程.l 设备為垂直式雙槽體機台,可同Run 50~100片.l 可對旋乾步驟進行可程式化控制 (Recipe Program).l 具使用在此設備已超過20年以上的應用馬達控制系統設計, 高穩定度Rotor 設計, 震動值均控制於300 um 以下.l 高潔淨設計,微塵控制於每次運轉增加量, 0.3um , 30顆以下.   2. 操作流程3. 图示 4. 規格l 機台內皆使用鐵氟龍製DI , N2 控制閥件l 直流式馬達: DC無刷馬達750Wl 真空負壓軸封設計,隔離槽外污染l 不銹鋼N2過濾器 0.003~0.005μml 氣體加熱器及加熱墊控制乾燥速率l 壓力感測保護(加熱器空燒保護)l 槽外貼Silicon材質加熱墊 x1 片, 220VAC , 300W(溫度開關90°C OFF 70°C ON)l  Viton材質充氣式氣囊及槽後密封環,保持室外絕緣l 不銹鋼槽體SS316經拋光及電解研磨l 單顆螺絲固定轉子,並按客戶需求指定使用訂做l 轉子經拋光及電解研磨,並做動態平衡校正l 可選擇指示燈訊及蜂鳴器音樂故障碼功能: 門鎖警告,氣體不足,傳動異常警告 5. 電控系統l  控制器操作介面: 5.7”記憶人機+ PLC可程式自動化控制器(人機 Touch Screen,整合介面) 。l 軟體功能Ø 編輯/儲存 : 製程/維修/警示/編輯/配方/,皆可從操作螢幕上修改。Ø 儲存能力記憶模組...
发布时间: 2016 - 03 - 07
枚叶式清洗机-华林科纳CSE南通华林科纳半导体CSE-单片枚叶式洗净装置的特长:单片式清洗装置的优点(与浸渍.槽式比较)1.晶片表面的微粒数非常少(到25nm可对应)例:附着粒子数…10个/W以下(0.08UM以上粒子)(参考)槽式200个/W2.药液纯水的消费量少药液…(例)1%DHF的情况  20L/日纯水...每处理一枚晶片0.5-1L/分3.小装置size(根据每个客户可以定制) 液体溅射(尘埃强制除去)  (推荐)清洗方法单片式装置的Particle再附着问题   更多的半导体单片枚叶式湿法腐蚀清洗设备相关信息可以关注华林科纳CSE官网(www.hlkncas.com),现在热线咨询400-8768-096;18913575037可立即获取免费的半导体清洗解决方案。
发布时间: 2016 - 03 - 07
自动供酸系统(CDS)-南通华林科纳CSEChemical Dispense System System 南通华林科纳半导体CSE-CDS自动供酸系统 适用对象:HF、HN03、KOH、NH4OH、NaOH、H2SO4、HCL、 H2O2、IPA等主要用途:本设备主要用于湿法刻蚀清洗等制程工程工序需要的刻蚀液集中进行配送,经管道至设备;具有自动化程度高,配比精确,操作简便等特点;具有良好的耐腐蚀性能。控制模式:手动控制模式、自动控制模式设备名称南通华林科纳CSE-CDS自动供酸系统设备型号CSE-CDS-N1507设计基准1.供液系统(Chemical Dispense System System)简称:CDS2. CDS 将设置于化学房内:酸碱溶液CDS 系统要求放置防腐性的化学房;3. 设备材质说明(酸碱类):酸碱溶液CDS外构采以WPP 10T 板材,内部管路及组件采PFA 451 HP 材质;4. 系统为采以化学原液 双桶/单桶20L、200L、1t等方式以Pump 方式运送到制程使用点;5. 过滤器:配有10” PFA材质过滤器外壳;6. 供液泵:每种化学液体配有两台或者一台 PTFE材质的进口隔膜泵;7. Empty Sensor & Level Sensor:酸碱类采用一般型静电容近接开关;8. 所有化学品柜、歧管箱及阀箱均提供泄漏侦测器与警报功能。CDS系统设备规格 1. 系统主要功能概述设备主要功能:每种化学液体配两个桶(自动切换)、配两台泵(一用一备)、带过滤器;系统控制单元:配带OMRON 8”彩色触摸屏,OMRON品牌PLC系统;2. 操作模式: CDS 系统皆有PLC 作Unit 内部流程控制,操作介面以流程方式执行,兼具自动化与亲和力。在自动模式情形...
发布时间: 2018 - 01 - 23
单片清洗机-华林科纳CSESingle wafer cleaner system南通华林科纳CSE-自动单片式腐蚀清洗机应用于清洗(包括光刻板清洗)刻蚀 去胶 金属剥离等;可处理晶圆尺寸2'-12';可处理晶圆材料:硅 砷化镓 磷化铟 氮化镓 碳化硅 铌酸锂 钽酸锂等;主要应用领域:集成电路   声表面波器件  微波毫米波器件  MEMS  先进封装等  设 备 名 称CSE-单片清洗机类  型单片式适 用 领 域半导体、太阳能、液晶、MEMS等清 洗 方 式2英寸——12英寸设备稳定性1、≥0.2um颗粒少于10颗2、金属附着量:3E10 atoms/ cm²3、纯水消耗量:1L/min/片4、蚀刻均一性良好(SiO₂氧化膜被稀释HF处理):≤2%5、干燥时间:≤20S6、药液回收率:>95%单片式优点1、单片处理时间短(相较于槽式清洗机)2、节约成本(药液循环利用,消耗量远低于槽式)3、良品率高4、有效避免边缘再附着5、立体层叠式结构,占地面积小 更多的单片(枚叶)式清洗相关设备可以关注南通华林科纳半导体官网,关注http://www.hlkncse.com ,400-8768-096,18913575037
发布时间: 2017 - 12 - 06
氢氟酸HF自动供液系统-南通华林科纳CSEChemical Dispense System System 南通华林科纳半导体CSE-氢氟酸供液系统 适用对象:HF、HN03、KOH、NH4OH、NaOH、H2SO4、HCL、 H2O2、IPA等主要用途:本设备主要用于湿法刻蚀清洗等制程工程工序需要的刻蚀液集中进行配送,经管道至设备;具有自动化程度高,配比精确,操作简便等特点;具有良好的耐腐蚀性能。控制模式:手动控制模式、自动控制模式 设备名称南通华林科纳CSE-氢氟酸(HF)供液系统设备型号CSE-CDS-N2601设计基准1.供液系统(Chemical Dispense System System)简称:CDS2. CDS 将设置于化学房内:酸碱溶液CDS 系统要求放置防腐性的化学房;3. 设备材质说明(酸碱类):酸碱溶液CDS外构采以WPP 10T 板材,内部管路及组件采PFA 451 HP 材质;4. 系统为采以化学原液 双桶/单桶20L、200L、1t等方式以Pump 方式运送到制程使用点;5. 过滤器:配有10” PFA材质过滤器外壳;6. 供液泵:每种化学液体配有两台或者一台 PTFE材质的进口隔膜泵;7. Empty Sensor & Level Sensor:酸碱类采用一般型静电容近接开关;8. 所有化学品柜、歧管箱及阀箱均提供泄漏侦测器与警报功能。CDS系统设备规格 1. 系统主要功能概述设备主要功能:每种化学液体配两个桶(自动切换)、配两台泵(一用一备)、带过滤器;系统控制单元:配带OMRON 8”彩色触摸屏,OMRON品牌PLC系统;2. 操作模式: CDS 系统皆有PLC 作Unit 内部流程控制,操作介面以流程方式执行,兼具自动化与亲和力。在...
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宽禁带半导体材料与工艺

时间: 2021-03-02
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1.1宽禁带半导体的概念和发展

宽禁带半导体(WBS)是自第一代元素半导体材料(Si)和第二代化合物半导体材料(GaAsGaPInP等)之后发展起来的第三代半导体材料。这类材料主要包括SiC(碳化硅)、C-BN(立方氮化硼)、GaN(氮化镓、)AlN(氮化铝)、ZnSe(硒化锌)以及金刚石等。

第二代半导体GaAsSi相比除了禁带宽度增大外,其电子迁移率与电子饱和速度分别是Si6倍和2倍,因此其器件更适合高频工作。GaAs场效应管器件还具有噪声低、效率高和线性度好的特点但相比第三代半导体GaNSiC,它的热导率和击穿电场都不高,因此它的功率特性方面的表现不足。为了满足无线通信、雷达等应用对高频率、宽禁带、高效率、大功率器件的需要从二十世纪九十年代初开始,化合物半导体电子器件的研究重心开始转向宽禁带半导体。

我们一般把禁带宽度大于2eV的半导体称为宽禁带半导体。宽禁带半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点,在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力。

1.2主要的宽禁带半导体材料

近年来,发展较好的宽禁带半导体材料主要是SiCGaN,其中SiC的发展更早一些,碳化硅、氮化镓、硅以及砷化镓的一些参数如下图所示:

宽禁带半导体材料与工艺

如上图所示,SiCGaN的禁带宽度远大于SiGaAs,相应的本征载流子浓度小于硅和砷化镓,宽禁带半导体的最高工作温度要高于第一、第二代半导体材料。击穿场强和饱和热导率也远大于硅和砷化镓。

2.1SiC材料

纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种。β-SiC2100℃以上时转变为α-SiC

SiCIV-IV族二元化合物半导体,也是周期表IV族元素中唯一的一种固态化合物。构成元素是SiC,每种原子被四个异种原子所包围,形成四面体单元(25a)。原子间通过定向的强四面体SP3(25b)结合在一起,并有一定程度的极化。SiC具有很强的离子共价键,离子性对键合的贡献约占12%,决定了它是一种结合稳定的结构。SiC具有很高的德拜温度,达到1200-1430K,决定了该材料对于各种外界作用的稳定性,在力学、化学方面有优越的技术特性。它的多型结构如图所示:

宽禁带半导体材料与工艺

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,除作磨料用外,还有很多其他用途,例如:以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的壁,可提高其耐磨性而延长使用寿命12倍;用以制成的高级耐火材料,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅(含SiC85%)是极好的脱氧剂,用它可加快炼钢速度,并便于控制化学成分,提高钢的质量。此外,碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。

碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级),具有优良的导热性能,是一种半导体,高温时能抗氧化。

2.2GaN材料

GaN是一种极稳定,坚硬的高熔点材料,熔点约为1700℃GaN具有高的电离度,在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的(0.50.43)。在大气压下,GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个晶胞中有4个原子。因为其硬度高,又可以作为良好的涂层保护材料。

在室温下,GaN不溶于水、酸和碱,而在热的碱溶液中溶解速度又非常缓慢。但是NaOHH2SO4H3PO4能较快地腐蚀质量差的GaN,这种方法可以用来检测质量不高的GaN晶体。GaNHCLH2气氛高温下呈现不稳定特性,而在N2气下最为稳定。GaN基材料是直接跃迁型半导体材料,具有优良的光学性能,可作出高效率的发光器件,GaNLED的发光波长围可从紫外到绿色光

族氮化物主要包括GaNALNInNALInNGaInNALInNALGaInN等,其禁带宽度覆盖了红、黄、绿、蓝、紫和紫外光谱围。GaN族氮化物中的基本材料,也是目前研究最多的族氮化物材料。GaN的电学性质是决定器件性能的主要因素。目前GaN的电子室温迁移率可以达到900cm²/V*s)。GaN材料所具有的禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和速度高是制作高温、大功率器件的最佳材料。

氮化物半导体材料存在六方纤锌矿和立方闪锌矿两种不同的晶体结构,如氮化镓的结构下图所示:

宽禁带半导体材料与工艺

晶体结构的形成主要由晶体的离子性决定,氮化物的离子性强,所以纤锌矿是氮化镓的常见结构,闪锌矿结构是亚稳态结构。

GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场,是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前,随着MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破,成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等新型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v·s)、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数,是制作微波器件的优先材料;GaN较宽的禁带宽度(3.4eV)及蓝宝石等材料作衬底,散热性能好,有利于器件在大功率条件下工作。

对于GaN材料,长期以来还有衬底单晶,异质外延缺陷密度相当高等问题还没有解决,但是GaN半导体器件的水平已可实用化。InGaN系合金的生成,InGaN/AlGaN双质结LEDInGaN单量子阱LEDInGaN多量子阱LED等相继开发成功。InGaNAlGaPAlGaAs系红色LED组合形成亮亮度全色显示。这样三原色混成的白色光光源也打开新的应用领域,以高可靠、长寿命LED为特征的时代就会到来。日光灯和电灯泡都将会被LED所替代。LED将成为主导产品,GaN晶体管也将随材料生长和器件工艺的发展而迅猛发展,成为新一代高温度频大功率器件。

3.1宽禁带半导体的工艺

氧化工艺

SiC的氧化层与硅器件制作中的SiO2具有十分相似的作用,例如氧化层作为工艺过程的掩膜,用作金属-氧化物-半导体(MOS)结构的绝缘层、作为器件表面的电学钝化层等。外延生长前的氧化过程还可以除去SiC衬底上的抛光损伤。由于SiC可以被氧化成SiO2,因此器件制作中可以与成熟的硅器件平面工艺相兼容。实现热氧化不需要特殊的不同于在硅上获得SiO2时所利用的工艺设备,它们的区别仅仅是碳化硅的氧化速度明显减少,采用干氧氧化和湿氧氧化进行热氧化,还可以在N2O中获得SiO2,可使用氮化物或氮氧化物绝缘体应用于高温器件。

热氧化法主要包括干氧氧化和湿氧氧化,干氧氧化:Si+O2→SiO2,它的优点是结构致密、干燥、均匀性和重复性好,掩蔽能力强,与光刻胶黏附性好,也是一种理想的钝化膜。高质量SiO2薄膜如MOS栅氧化层一般都采用此法制备。湿氧氧化:氧化剂是通过高纯水(一般被加热到950C左右)的氧气,既有氧又有水。氧化速度介于干氧和水汽氧化之间,具体与氧气流量、水汽含量等有关也可用惰性气体(氮气或氩气)携带水汽进行氧化热氧化的优点:质量好,表面态密度小,可很好控制界面陷阱和固定电荷,性质不太受湿度和中等热处理温度的影响,因此是集成电路中最重要的制备SiO2方法。

3.2光刻

光刻是集成电路工艺中的关键性技术,最早的构想来源于印刷技术中的照相制版。它的概念是将掩模版上的图形(电路结构)临时(嵌套式)转移到硅片上的过程。光刻技术在半导体器件制造中的应用最早可追溯到1958年,实现了平面晶体管的制作。光刻工艺的成本在整个IC芯片加工成本中几乎占三分之一,IC集成度的提高,主要归功用于光刻技术的进步。

集成电路中对光刻的基本要求:

1)高分辩率。通常把线宽作为光刻水平的标志,也用加工图形线宽的能力来代表IC的工艺水平。

2)高灵敏度的光刻胶(指胶的感光速度)。为了提高IC产量,希望曝光时间越短越好。

3)低缺陷。在光刻中引入的缺陷的影响比其它工艺更严重,比如重复导致多数片子都变坏。

4)精密的套刻对准。允许的套刻误差为线宽的10%

5)对大尺寸硅片的加工。在大尺寸硅片上满足上述光刻要求的难度更大。

光刻工艺的主要步骤图如下:

宽禁带半导体材料与工艺

光刻的主要步骤:

1)涂胶(甩胶):在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、没有缺陷的光刻胶薄膜。之前需要脱水烘焙,并且涂上HMDSTMSDEA用以增加光刻胶与硅片表面的附着能力

2)前烘:去溶剂,减少灰尘污染,保持曝光精确度,减少显影溶解致厚度损失,减轻高速旋转致薄膜应力。由于前烘,光刻胶的厚度会减薄10%~20%

3)曝光:光刻胶通过掩模曝光,以正胶为例,感光剂DQ受光变为乙烯酮,再变为羧酸(易溶于碱液)

4)显影:正胶的曝光区和负胶的非曝光区在显影液中溶解,使曝光后光刻胶层中形成的潜在图形显现出来。图形检查,不合格的返工,用丙酮去胶

5)坚膜:高温处理过程,除去光刻胶中的剩余溶液,增加附着力,提高抗蚀能力。坚膜温度(光刻胶玻璃态转变温度)高于前烘和曝光后烘烤温度,在这个温度下,光刻胶将软化,表面在表面力的作用下而圆滑化,减少光刻胶层中的缺陷,并修正光刻胶图形的边缘轮廓

6)刻蚀或注入

7)去胶:将光刻胶从硅片的表面除去,包括干法去胶和湿法去胶。干法去胶就是用等离子体(如氧等离子体)将光刻胶剥除。湿法去胶又分为有机溶剂(常用丙酮)去胶和无机溶剂(如H2SO4H2O2)去胶,而金属化后必须用有机溶剂去胶。干法去胶和湿法去胶经常搭配进行。

以在SiO2氧化膜上光刻为例,如下图,首先在有SiO2覆盖的硅片表面涂布一层对紫外光敏感材料,这种材料是一种液态物质叫做光刻胶。将少量液态光刻胶滴在硅片上,再经过高速旋转后,则在硅片表面形成一层均匀的光刻胶薄膜。甩胶之后,在较低的温度(80oC-100oC)下进行一定时间烘焙,其目的是,使光刻胶中的溶剂挥发,从而改善光刻胶与表面的粘附性。硬化后的光刻胶与照像所使用的感光胶相似。

宽禁带半导体材料与工艺

接下来用UV光通过掩模版的透光区使光刻胶曝光,如图(b)所示。掩模版是预先制备的玻璃或石英版,其上复制有需要转移到SiO2薄膜上的图形。掩模版的暗区可以阻挡UV光线通过。曝光区域中的光刻胶会发生光化学反应,反应的类型与光刻胶的种类有关。对于负性光刻胶,在经过光照的区域会发生聚合反应,变得难以去除。浸入显影剂之后,曝光区域发生聚合反应的负胶保留下来,而没有曝光的区域的负胶被分解掉,溶于显影液中。经过显影之后的负胶图形如图(c)的右图所示。正性光刻胶中含有大量的感光剂,可以显著地抑制正胶在碱性显影液中的溶解速度。经过曝光之后,感光剂发生分解,使得曝光区域的正

胶被优先除去,其效果如图(c)的左图所示。从应用的过程来看,负胶在早期的IC工艺中广泛应用。现在正胶的应用已经成为主流,因为正胶可以提供更好的图形控制。

对准方法:

1)预对准,通过硅片上的notch或者flat进行激光自动对准;

2)通过对准标志(AlignMark),位于切割槽(ScribeLine)上。另外层间对准,即套刻精度(Overlay),保证图形与硅片上已经存在的图形之间的对准。曝光中最重要的两个参数是:曝光能量(Energy)和焦距(Focus)。如果能量和焦距调整不好,就不能得到要求的分辨率和大小的图形。表现为图形的关键尺寸超出要求的围。

曝光方法:

1)接触式曝光(ContactPrinting)。掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当,设备简单。缺点:光刻胶污染掩膜板;掩膜板的磨损,寿命很低(只能使用525次);1970前使用,分辨率〉0.5μm

2)接近式曝光(ProximityPrinting)。掩膜板与光刻胶层的略微分开,大约为1050μm。可以避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤。但是同时引入了衍射效应,降低了分辨率。1970后适用,但是其最大分辨率仅为24μm

3)投影式曝光(ProjectionPrinting)。在掩膜板与光刻胶之间使用透镜聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点:提高了分辨率;掩膜板的制作更加容易;掩膜板上的缺陷影响减小。

投影式曝光分类:

扫描投影曝光(ScanningProjectPrinting)。70年代末~80年代初,〉1μm工艺;掩膜板11,全尺寸步进重复投影曝光(Stepping-repeatingProjectPrinting或称作Stepper)。80年代末~90年代,0.35μmIline)~0.25μmDUV)。掩膜板缩小比例(41),曝光区域(ExposureField22×22mm(一次曝光所能覆盖的区域)。增加了棱镜系统的制作难度。扫描步进投影曝光(Scanning-SteppingProjectPrinting)。90年代末~至今,用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照41的比例曝光,曝光区域(ExposureField26×33mm。优点:增大了每次曝光的视场;提供硅片表面不平整的补偿;提高整个硅片的尺寸均匀性。但是,同时因为需要反向运动,增加了机械系统的精度要求。

在曝光过程中,需要对不同的参数和可能缺陷进行跟踪和控制,会用到检测控制芯片/控片(MonitorChip)。根据不同的检测控制对象,可以分为以下几种:

1)颗粒控片(ParticleMC):用于芯片上微小颗粒的监控,使用前其颗粒数应小于10颗;

2)卡盘颗粒控片(ChuckParticleMC):测试光刻机上的卡盘平坦度的专用芯片,其平坦度要求非常高;

3)焦距控片(FocusMC):作为光刻机监控焦距监控;

4)关键尺寸控片(CriticalDimensionMC):用于光刻区关键尺寸稳定性的监控;

5)光刻胶厚度控片(PhotoResistThicknessMC):光刻胶厚度测量;

6)光刻缺陷控片(PDMPhotoDefectMonitor):光刻胶缺陷监控。举例:0.18μmCMOS扫描步进光刻工艺。

光源:KrF氟化氪DUV光源(248nm);数值孔径NA0.60.7;焦深DOF0.7μm分辨率Resolution0.180.25μm(一般采用了偏轴照明OAI_Off-AxisIllumination和相移掩膜板技术PSM_PhaseShiftMask增强);套刻精度Overlay65nm;产能Throughput3060wafers/hour200mm);视场尺寸FieldSize25×32mm

显影方法:

1)整盒硅片浸没式显影(BatchDevelopment)。缺点:显影液消耗很大;显影的均匀性差;

2)连续喷雾显影(ContinuousSprayDevelopment)。

自动旋转显影(Auto-rotationDevelopment)。一个或多个喷嘴喷洒显影液在硅片表面,同时硅片低速旋转(100500rpm)。喷嘴喷雾模式和硅片旋转速度是实现硅片间溶解率和均匀性的可重复性的关键调节参数。

3)水坑(旋覆浸没)式显影(PuddleDevelopment)。

喷覆足够(不能太多,最小化背面湿度)的显影液到硅片表面,并形成水坑形状(显影液的流动保持较低,以减少边缘显影速率的变化)。硅片固定或慢慢旋转。一般采用多次旋覆显影液:第一次涂覆、保持1030秒、去除;第二次涂覆、保持、去除。然后用去离子水冲洗(去除硅片两面的所有化学品)并旋转甩干。优点:显影液用量少;硅片显影均匀;最小化了温度梯度。

显影液:

1)正性光刻胶的显影液。正胶的显影液位碱性水溶液。KOHNaOH因为会带来可动离子污染(MICMovableIonContamination),所以在IC制造中一般不用。最普通的正胶显影液是四甲基氢氧化铵(TMAH)(标准当量浓度为0.26,温度15250C)。在I线光刻胶曝光中会生成羧酸,TMAH显影液中的碱与酸中和使曝光的光刻胶溶解于显影液,而未曝光的光刻胶没有影响;在化学放大光刻胶(CARChemicalAmplifiedResist)中包含的酚醛树脂以PHS形式存在。CAR中的PAG产生的酸会去除PHS中的保护基团(t-BOC),从而使PHS快速溶解于TMAH显影液中。整个显影过程中,TMAH没有同PHS发生反应。

2)负性光刻胶的显影液。显影液为二甲苯。清洗液为乙酸丁脂或乙醇、

三氯乙烯。

显影中的常见问题:

1)显影不完全(IncompleteDevelopment)。表面还残留有光刻胶。显影液不足造成;

2)显影不够(UnderDevelopment)。显影的侧壁不垂直,由显影时间不足造成;

3)过度显影(OverDevelopment)。靠近表面的光刻胶被显影液过度溶解,形成台阶。显影时间太长。

3.3刻蚀

刻蚀是指用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目的,是在涂胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形。通常是在光刻工艺之后进行。我们通常通过刻蚀,在光刻工艺之后,将想要的图形留在硅片上。从这一角度而言,刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。在通常的刻蚀过程中,有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀,可作为掩蔽膜,保护硅片上的部分特殊区域,而未被光刻胶保护的区域,则被选择性的刻蚀掉。

在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺:干法刻蚀和湿法腐蚀。

干法刻蚀,是利用气态中产生的等离子体,通过经光刻而开出的掩蔽层窗口,与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应,刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法。该工艺技术的突出优点在于,可以获得极其精确的特征图形。超大规模集成电路的发展,要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸,要求在硅片上完成极其精确的图形转移。任何偏离工艺要求的图形或尺寸,都可能直接影响产品性能或品质,给生产带来无法弥补的损害。由于干法刻蚀技术在图形轶移上的突出表现,己成为亚微米尺寸下器件刻蚀的最主要工艺方法。在特征图形的制作上,已基本取代了湿法腐蚀技术。

对于湿法腐蚀,就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。当然,在通过湿法腐蚀获得特征图形时,也要通过经光刻开出的掩膜层窗口,腐蚀掉露出的表面材料。但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言,在形成特征图形方面,湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。由于这一特点,湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。但由于它的高选择比和批量制作模式,湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒等工艺步骤中。


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