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plasma设备等离子体蚀刻对逻辑集成电路良率的影响

芯片要达成所需功能,从设计、制造到封装的每一步都很关键。随着集成电路尺寸不断微缩,晶体管的时序窗口不断缩小。先进工艺逻辑集成电路制造中,工艺波动对晶体管工作时序窗口造成的影响越来越大,因此芯片在设计时就必须要考虑芯片的可制造性。设计完成的版图进人工厂首先要进行检查,查找会对生产带来困难或者根本不可能制造出来的图形,并进行合理调整。进入制造阶段,对成熟成套工艺来说,芯片的良率会很快上升,甚至可能一次流片良率就能达标。但对处于开发阶段的工艺来说,良率上升会是一个漫长的过程,时间跨度可能达数个季度,甚至更久。下面介绍逻辑集成电路制造中良率的概念,以及良率提高的过程, 并讨论plasma设备等离子体蚀刻工艺对良率提升的关键作用。         半导体生产制造的每个环节,都有可能引起产品的失效。在制造厂从晶圆下线到制造完成,一般会经历几百道工艺,制造厂关心的是在一片晶圆上有多少个晶粒符合出货要求,良率就是量化这个能力的指标。例如一片晶圆上有1000个晶粒,有900个晶粒通过了电学性能测试,那么这片晶圆的良率就是90%。同一个批次(lot)中的25片晶圆,由于位置、顺序等细微的区别,良率也会不一样,但一般不会有大的差异。良率也会随着生产线上机台参数随时间的漂移而产生波动,有时一个大的偏差(variation)或异常(excursion)会导致良率骤降。长期稳定在高水平的良率是一条生产线成熟的标志。         对于工艺引起的器件失效,按照失效特征可以分为参数性(parametric)和功能性(functional)失效。参数性失效指器件电参数不优化而达不到设计要求,例如额定工作电压下芯片工作频率过低,静态时功耗超出额定范围等,习惯上称之为软失效(soft fail),功能性失效指器件功能丧失,某些电学参数根本无法测出,如存储器读写失败,逻辑电路的运算结果错误等,习惯上称之为硬失效(hard fail)。参数性失效主要跟器件的各项物理参数有关,例如栅极尺寸,有源区尺寸,有源区掺杂浓度等。蚀刻是定义器件尺寸、厚度、形貌的关键工艺,对参数性失效影响很大,例如由于机台维护不当而导致栅极尺寸出现大的偏差,就会产生良率损失,功能性失效往往是由晶圆上的缺陷引起,缺陷包括晶圆上的物理性异物、化学性污染、图形缺陷、晶格缺陷等。Plasma设备等离子体蚀刻作为半导体制造中的关键工艺对功能性失效也有很大影响,例如反应腔室掉落颗粒物在晶圆表面导致蚀刻被阻挡,蚀刻时间不够导致通孔与下层金属断路等。从这里可以看出,逻辑集成电路良率提升基本可以分为两部分,一部分是器件部门通过实验选择合理的器件参数,另一部分是工艺部门优化解决整个流程上各种缺陷,而工艺整合部门将上面两部分的工作整合在一起而达到目标。

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等离子工业清洗机蚀刻钝化层介电材料铝垫的金属蚀刻

钝化层介电材料的蚀刻: 钝化层是用于保护集成电路器件和金属连线结构,提供一定的应力缓冲,不被后续切割、清洗和封装等工艺破坏和腐蚀的保护层。钝化层使用的介电材料通常为氧化硅和氮化硅材料,其尺寸都是微米级的,对侧壁轮廓曲线没有特殊要求。钝化层介电材料蚀刻使用单一的光刻胶为拖膜,蚀刻气体为[F]基气体,通常是CF4和CHF3或CH2F2的组合并伴有一些稀释气体,等离子工业清洗机通过优化蚀刻气体比例、等离子体的源功率和偏置功率以及温度的方式调节侧壁轮廓角度、尺寸和等离子蚀刻深度的均匀性。 铝垫的金属蚀刻: 铝金属蚀刻通常使用光刻胶为掩膜,在等离子体金属蚀刻反应腔体中进行。由于等离子工业清洗机氟基气体蚀刻金属铝得到的生成物AlF3是低蒸汽压非挥发性的产物,无法用来蚀刻铝,通常用氯基气体蚀刻金属铝。纯氯气蚀刻铝是各向同性的,为获得各向异性的蚀刻工艺以得到需要的轮廓曲线和尺寸,必须在蚀刻过程中使用聚合物来对侧壁进行钝化保护,除了用等离子体物理轰击光刻胶捕获碳来得到一些聚合物外,还要加入容易产生聚合物的气体作为蚀刻剂,如CHF3、N、CH4等;同时,等离子工业清洗机在铝金属蚀刻中还大量使用到BCl3气体,主要目的有BCl3与[O]、[H]离子的反应性极优,优先反应后带走反应腔中及反应过程中产生的[O]、[H]离子以降低铝金属蚀刻终止及未来发生腐蚀的可能性;同时,BCl3气体在等离子体中分解为BClx,原子团和正离子,[BCl3]+正离子具有很大的分子量是形成等离子体物理轰击的重要离子来源,增强物理轰击效果; 而BClx原子团可以与Cl原子发生如式(3-8)的“再结合”反应,这个反应通常会在没有暴露在 BCIx + Cl→BClx+1             (3-8) 粒子轰击下的侧壁表面上进行,这种再结合反应将消耗掉侧壁表面的氯原子,降低侧壁吸附的氟原子从而减少侧面的蚀刻,提高了蚀刻的各向异性,达到很好控制侧壁轮廓剖面的作用。 蚀刻过程中加入可以迅速生成聚合物提供侧壁保护的气体如CHF3、N2、或CH4,使金属铝侧壁上较为优先吸附氟、氮或者碳氢化合物的方式,来进一步减少氯原子与铝侧壁接触发生反应,达到保护侧壁,使得氯基气体对金属铝的各向异性蚀刻能力更好。等离子工业清洗机通过研究这3种不同气体对蚀刻后金属铝侧壁形貌的影响,结果表明,N2保护气体在蚀刻过程中产生太多的侧壁保护,容易形成梯形的侧壁形貌;CHF3对侧壁的保护则不够完善;CF4气体实现了均匀的侧壁保护,并能保持几近垂直的侧壁角度,可以提供侧壁保护。 等离子工业清洗机金属铝蚀刻中的一个难点是其多层金属复合膜的复杂性,在复合膜中常常使用作为像图形曝光抗反射层的TiN或其他的抗反射材料,以及下面的黏附阻挡层如Ti或其他材料,这些都增加了蚀刻工艺的复杂性。为了蚀刻表面的抗反射材料层,可能使用到的化学气体是Cl2/SF6/CF4/CHF3/BCI3/Ar/O2其中的组合,而蚀刻TiN抗反射膜则用CI2/BCI3/N2/CHF3其中的组合。此外,由于暴露于空气中的铝的氧化几乎是同时发生的,要抑制或者控制氧化铝的产生,否则会造成蚀刻终止。下面具体介绍蚀刻铝金属复合膜的典型步骤: ①蚀刻抗反射层。 ②去除表面的自然氧化层的预蚀刻(亦可能与第①步结合)。 ③金属铝的主蚀刻,通常是用反应产物探测器来侦测金属铝的蚀刻终止。 ④去除铝残留物的过蚀刻,这一步猴也可能是主蚀刻步骤的延续。 ⑤底部阻挡层蚀刻(亦可能与第④步结合)。 ⑥为防止具有侵蚀性能的蚀刻残留物的去除(可选,亦可以和下一步骤结合) ⑦去除光刻胶。 等离子工业清洗机铝金属蚀刻后,需要很好地控制铝金属的侵蚀,任何在蚀刻工艺中残留的副产物都具有浸蚀性(主要是都含有氯成分,而氯离子在大气环境下会与方气中的水反应生成强腐蚀性的HCl,它们可以快速反应、腐蚀金属铝),必须很快对其中和或者从硅片表面去除。因此,在健刻和灰化工艺中控制水蒸气和氧气的含量很关键,典型的金属铝蚀刻的等离体蚀刻和处理副产物、灰化处理光刻胶是在同一个蚀刻机台的真空环境下、不同反应青提中连续完成,在光刻胶灰化过程中将腐蚀性的化合物去除后,再将晶片传出到大气环境。

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等离子体聚合设备是什么

等离子体聚合是改善橡胶、塑料制品或薄膜疏水性的一种方法,从而衍生出了等离子体聚合设备。         等离子体聚合通常用来防止制造过程中产生的碎屑附着于橡胶,通过这种技术,我们可以改进硅、橡胶和塑料等表面,从而防止它们在进一步生产时粘结在一起。等离子体表面改性被认为是一种“绿色”的替代方法,比其它表面改性方法更加环保。等离子体表面处理时无需使用刺激性化学物质,更无需接触任何化学物质。这样不但能保护环境,也能保障员工的生命安全。首先利用RF源产生等离子体,然后对材料表面进行等离子体处理,可提高塑料或橡胶表面的疏水性,从而实现等离子体聚合。         等离子体处理比其他表面处理方法有很多优点,引起了人们对等离子体处理的兴趣。利用等离子技术形成的各种聚合物,其化学和机械性能增强,使等离子技术在许多不同行业和产品中得到应用。等离子体聚合设备采用适当的处理气体,我们可以提高材料表面的疏水性,提高产品的润湿性和实用性,并防止产品在进一步加工时粘结。这种方法适用于许多橡胶和硅产品。 等离子体聚合历史:         1982年,确认了功能化的等离子体聚合物薄膜沉积,这些等离子体功能化方法不仅可以用来产生疏水涂层,而且可以用来改善生物植入物的生物相容性。功能等离子体聚合物的价值在水处理、烧伤病人的护理以及其他创伤较大伤口损伤等方便得到了应用。微通道涂层、纳米图案化和微胶囊化等技术,都使用了等离子体聚合物以提高产品质量。

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等离子体蚀刻机台介绍大全

等离子体蚀刻机台种类繁多,不同的蚀刻机台生产厂商的设计也各不相同。由于等离子体是通过外加能量输入来维持蚀刻气体的等离子体态的,不同的能量输人方式以及机台结构的设计对等离子体的性能及应用会产生很大的影响。下面介绍几种在超大规模集成电路生产中比较常用的等离子体蚀刻机台,分别是电容合等离子体蚀刻机台( Capacitively CoupledPlasma,CCP)、电感合等离子体机台( Inductively Coupled Plasma,ICP& TransformerCoupled Plasma,TCP)、电子回旋共振等离子体蚀刻机台( Electron Cyclotron Resonance,ECR)、远距等离子体蚀刻机台( Remote Plasma)和等离子体边缘蚀刻机台( Plasma BevelEtch)。前3种蚀刻机台是以等离子体产生方式命名的,后两种机台主要是通过特殊的结构设计来达到不同的蚀刻效果。远距等离子体蚀刻机台通过过滤掉等离子体的带电粒子,利用自由基与待蚀刻材料进行蚀刻反应。这种反应是纯化学反应,属于各向同性蚀刻。等离子体边缘使刻机台则是通过反应腔室结构的特殊设计,只对晶圆的边缘区域进行清洁蚀刻,对于降低缺陷数目、提升良率具有很好的效果。 1、电容耦合等离子体机台:         在两个平行板电容器上施加高频电场,反应腔室中初始电子在射频电场的作用下获得能量,轰击蚀刻气体使其电离,产生更多的电子、离子以及中性的自由基粒子,形成动态平衡的低温等离子体。在射频电场的作用下,会形成垂直于晶圆的方向的自偏压,进而使得离子可以获得比较大的轰击能量。在电容耦合等离子体机台的开始发展阶段,只有一个射频电源,射频电源功率的变化会同时影响到等离子体密度和离子轰击能量,所以单频电容耦合等离子体的可控性不尽如人意。         多频容性耦合等离子体使刻机台( Multiple-frequency Capecitively Coupled Plasma Etchers)通过引入多频外加电源,使得容性耦合等离子体蚀刻机台性能获得大幅提升。对于多频外加电场来说,高频电场主要起到控制等离子体密度的作用,低频电场主要起到控制离子表击能量的作用。目前半导体工业生产中的主流的容性耦合等离子体蚀刻机台都是这种双频、多频容性耦合等离子体蚀刻机台。电容耦合蚀刻机台的另外一个特点是两个电面积不同。对于电容耦合等离子体,面积较小的电极会由于自偏压而获得更高的电势差。 2、电感耦合等离子体机台:         电感耦合等离子体机台是通过在反应腔室外的电磁线圈上加射频电压,在反应腔室中,急剧变化的感应磁场会在腔室中产生感应电场,使得初始电子获得能量继而产生低温等离子体的方法。电感耦合等离子体中电子会在围绕着磁力线回旋运动,较容性耦合机台中自由程更大,可以在更低的气压下激发出等离子体。等离子体密度可比电容耦合等离子体高约两个数量级,电离率可以达到1%~5%。等离子体的直流电位以及离子轰击能量约为20~40V。与电容耦合等离子体相比较;电感耦合等离子体的离子通量和离子能 量可以得到更好的独立控制。为了更好控制离子轰击能量,一般会将另一个射频电源容性耦合在放衬底的晶圆上。线圈在感性放电的过程中会和容性驱动的衬底台产生容性耦合的成分,也就是在产生等离子体的过程中,外加电源会产生电压差。这将不利于等离子体密度和能量的独立控制。所以一般会在线圈和等离子体之间加上一层静电屏蔽,在不影响感性耦合的情况下,过滤掉线圈的容性耦合成分。线圈的布局对机台的性能影响比较大,不同生产厂家的感应线圈的设计往往差别很大。主要的线圈布局结构有盘香形结构和圆柱形结构。 3、电子回旋共振等离子体机台:         电子回旋共振等离子体蚀刻机台是利用高频微波产生等离子体。在磁场作用下,电子的回旋半径远小于离子,所以电子会受磁场约束,环绕磁力线做回旋运动。相对来说,离子则不会受到明显的影响而独立运动。电子回旋频率是由磁场强度决定的。对于特定的外加高功率微波,当微波的频率与电子回旋频率一致时,电子就会发生共振,从而获得磁场所传递的微波能量。在微波频率固定前提下,在反应腔室,磁力线自上而下向周围发散。磁场强度相应地逐渐降低,在磁场强度的分布涵盖了共振磁场强度值的情况下,产生等离子体的位置也就固定了。对于频率为2.45GHz的微波能量,电子回旋共振的磁场强度为875G(高斯)。在电子回旋共振等离子体蚀刻腔室中,微波能量以及磁场强度是电 子回旋共振等离子体蚀刻腔室的两个重要的调控参数。微波能量的大小可以决定等离子体密度,磁场强度的调节,即调节磁场强度为875G的电子共振区域位置,就可以调节等离子体产生区域与晶圆的距离。可以改变离子的能量分布与入射角度分布。低气压是等离子体发展方向之一。在较低的气压下,离子在轰击到晶圆前的碰撞会减少,进而减少散射碰撞,可以优化离子入射角度,得到比较准确的蚀刻结果。 4、远距等离子体蚀刻机台:         等离子体中的主要成分包含未电离气体分子、带电离子、电子以及各种自由基。在传统的与图形传递相关的蚀刻工艺中,带电离子体中各种成分都是非常重要的。而有些工艺只需要将晶圆表面所暴露出来的物质去除或者有选择比地蚀刻掉,并不需要带电粒子所产生的物理轰击以及方向性蚀刻。远距等离子体蚀刻机台就可以满足这些工艺的需要。远距离等离子体蚀刻机台的等离子体产生以及蚀刻反应是在不同的腔室中完成的。反应气体进入等离子体激发腔室,在外加电场或者微波的作用下电离产生等离子体,然后通过一个管道 或者特定的过滤装置进入蚀刻腔室。由于带电粒子在传输的过程中会被管道器壁或者特定装置过滤掉。中性的自由基会进如反应腔室与待蚀刻晶圆进行反应。由于没有带电粒子,整个反应过程不会产生与带电粒子相关的损害。相关的应用十分广泛,例如光刻胶灰化、多晶硅回刻等工艺。 5、等离子体缘蚀刻机台:         等离子体边缘蚀刻是指采用等离子体蚀刻去除晶圆边缘处所不需要的薄膜,起到降低缺陷数目、提升良率的作用。随着技术节点按照摩尔定律延伸到20nm及更先进的工艺节点,与晶圆边缘及侧面相关的缺陷对良率的影响就变得与尤为突出。在超大规模集成电路制造过程中,薄膜沉积、光刻、蚀刻和化学机械研磨之间复杂的相互作用,容易在晶圆的边缘造成不稳定的薄膜堆积。而这些不稳定的薄膜可能会在后续的工艺中脱落,影响到后续的曝光、蚀刻或者填充工艺进而造成良率损失。在经过很多道沉积、光刻、 蚀刻、化学机械研磨的工艺之后,晶圆的边缘区域形成了复杂的不稳定的薄膜结构。接触孔蚀刻后,边缘区域氧化硅薄膜在金属填充过程中脱落并掉落到晶圆的表面,并直接导致化学机械研磨后接触孔内金属缺失,造成器件失效。在后段形成金属连线的工艺中,金属填充物在边缘区域的残留还会在等离子体相关的工艺中引起放电(arcing)问题,可能 导致整片晶圆报废。因此在器件制造过程中,需要对边缘区域进行控制,去除这些在晶圆边缘堆积起来的薄膜,可以减少缺陷以及生产过程中的良率损失。         对晶圆外边缘及斜面清洁的方法主要包括3种:①化学机械研磨过程中加入的外边缘及斜面研磨清洁;②湿法蚀刻及清洁;③等离子体边缘蚀刻。等离子体边缘蚀刻相对来说具有一定的突出特点,例如边缘蚀刻区域的精准控制,较多的蚀刻气体种类可以对多种薄膜进行处理,多样的可调参数可以控制对前层的影响等。         等离子体边缘蚀刻机台通过上下两部分的覆盖装置来保护晶圆大部分区域,而暴露在保护装置外的边缘及侧面都在等离子体的作用范围下。覆盖装置与晶圆之间不会有物理接触,距离往往会控制在0.3~0.5mm。覆盖装置的尺寸可以按照工艺的需要进行选择。针对清除的材质的不同,等离子体边缘蚀刻机台可以有不同的蚀刻气体组合。对聚合物的清除需要氧基或者氮基等离子体,对介质层则需要以CF4/SF6等含氟的等离子体为主,对钛、钽、铝、钨等金属层则需要含有氯元素的蚀刻气体,如氯化硼、氯气等。         等离子体边缘蚀刻可以改善很多和边缘区域薄膜沉积相关的缺陷问题。当然,需要从工艺整合的角度考虑引入边缘蚀刻后对后续工艺所带来的影响并进行综合评估。

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大气压低温等离子体脉冲峰值电压电极间距的影响

大气压低温等离子体脉冲峰值电压的影响:         当脉冲峰值电压在12~16 kV变化时,随着脉冲峰值电压的不断增加,甲烷转化率明显上升。这是因为峰值电压大小反映注入反应器的能量大小,即相当于增加了大气压低温等离子体中高能电子的能量和数量,有利于甲烷的活化和转化率的提高。但随着峰值电压的增加,C2烃的选择性不断下降,C2烃收率变化不明显。这同样是因为峰值电压的增加导致高能电子数量增多,使甲烷的C-H键不断断裂而形成积碳,使C2烃选择性不断下降。 大气压低温等离子体放电电极间距的影响:         从甲烷转化率、C2烃选择性和C2烃收率随放电电极间距变化趋势情况,可以看出放电电极间距增加,CH2转化率下降,C2烃选择性升高,而C2烃收率略呈峰形变化。在放电间距8mm时,C2烃收率为19.8%。这源于一方面,随着电极间距的增加,放电空间增加,使甲烷在放电空间内的停留时间延长;另一方面,放电空间的增大,在输入能量恒定的前提下,电极间的电场强度降低,高能电子的平均能量变弱,即传递给单个甲烷分子的能量变弱。因此放电间距的增大使高能电子平均能量降低以及等离子体有效区域增加,两者的作用不同,但高能电子平均能量的降低对甲烷转化所起到的作用更加明显,因此表现出甲烷转化率降低的趋势。由于大气压低温等离子体高能电子能量的降低,不利于C-H的进一步断裂,降低了积碳, 提高了C2烃选择性。放电空间增加和高能电子平均能量降低的综合影响结果是CH4转化率下降,C2烃选择性升高,C2烃收率变化不大。

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等离子清洗机在包装等离子涂覆工艺上的应用

等离子清洗机在包装等离子涂覆工艺上的应用:         二氧化硅可以通过在氧等离子体中氧化硅蒸汽来获得。阳极电弧工艺使用可消耗的金属硅,放在熔炉中作为真空电弧的阳极。如果在金属阴极和上述熔炉之间施加20~30V的DC电压,只要阴极前面有蒸汽团,阴极和阳极之间就会发生连续电弧放电。这种放电可以在真空炉内产生高活性等离子体,此时,处于高激发态的硅原子被蒸发并向包装物基底移动,封包装物基底在蒸汽云的上部不断旋转。此时,如果向蒸汽中加入氧气,一层二氧化硅将沉积在封装基板的表面上。         等离清洗机聚合工艺是在基底上形成有机或无机聚合物涂层的过程。该工艺属于等离子体增强化学气相沉积的范畴。在PECVD工艺中,将含有所需成分的蒸汽引入等离子体,等离子体中的电子将分子电离或裂解成自由基,产生的活性分子可以在表面或气相环境中发生化学反应,通过沉积形成薄膜。成核过程取决于材料表面的形貌和表面是否有外来原子。由上述过程产生的致密膜是具有疏水的,没有气孔。然而,为了在短时间内生产出高质量的薄膜,必须优化工艺参数,尤其是在阻隔层的应用领域。有机硅薄膜可以通过在等离子体环境中裂解有机硅树脂来获得,如果硅原子与氧、氮或它们的混合气体反应,可以沉积二氧化硅、氧化硅或氮氧化硅薄膜。有机气体如乙炔被用作类金刚石碳膜的前体反应物。         与传统的化学气相沉积工艺相比,等离子脉冲化学气相沉积工艺是一种大大改进的工艺。脉冲等离子体可以通过向电源(通常是射频或微波电源)施加脉冲信号来产生。脉冲等离子体可以使离子在包装涂覆过程中具有更低的能量。涂层通过一系列小规模处理过程逐渐增厚,形成高度致密均匀的涂层。此外,反应混合物的化学组成可以在两个脉冲之间改变。因此,可以在同一工艺操作中涂覆不同性能的多层涂层,从而产生根据需要定制的多层涂层系统。用等离子体化学气相沉积法制备二氧化硅和二氧化钛涂层的技术已广泛应用于各种塑料的表面改性,聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC),共聚环状烯烃(COC)、聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE))的表面改性。

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