内导体制造工艺（共4篇）
内导体制造工艺 篇1
在近日应用材料公司举办的媒体说明会上,应用材料中国公司首席技术官赵甘鸣博士介绍了从该公司角度看未来晶圆制造的工艺与材料的发展趋势。
晶圆设备支出的驱动因素
如图1,从2000年开始,驱动晶圆设备支出(WFE)的驱动元素可以分成三个阶段,第一阶段是2000年到2008至2009年,主要是由PC+互联网所驱动的,平均每年大概是255亿美元的投资,误差80亿美元左右。
2010年有新的移动+社交媒体模式涌现,这一波行情也是非常振奋人心的,这期间每个人基本上有一到两部移动手机或平板电脑,上面有各种各样的APP应用,使生活与社交非常方便。这一波对晶圆设备行业的影响,大概是在原来的基础之上又增加了21%。从2010年到2016年,每年约317亿美元的支出,每年会有一些波动,波动值在27亿美元左右。现在正在经历的这段时间及再往后,还是相对比较平稳发展的阶段。
展望未来会有什么事情发生呢?是人工智能、loT(物联网)、大数据、智能汽车、3D打印(增材制造)和个性化医疗等,它们都是未来驱动整个市场或经济的非常重要的元素。
回归到对芯片的生产会有怎样的变化?例如手机硅片的内容增加了,数据爆发性增长,电视、物联网有显示器的需求,以及AR/VR、人工智能等,这些终端市场的新需求最终会反映在半导体芯片的制造技术上。
通常认为10/7纳米的代工会变得非常重要,3D NAND也是一种新的非常重要的存储器结构,图案化(patterning)也是趋势,即缩小器件由光刻来主导的方向,变成由材料改变、结构改变来驱动。具体来说,原来是靠光刻机缩小光刻尺寸,现在大家在寻找其他解决方案,把器件的结构由原来是平面的变成三维的,这就需要通过材料工程来实现。另外是新的材料、器件会进来,大家可能会把原来传统的scaling是由光刻工艺决定的,变成增加由材料和结构来改变的方法。
关键技术变革推动摩尔定律发展
业内在讨论摩尔定律是否会终结。从技术发展的角度来看,摩尔定律还是会继续走下去,只是它的表现形式有所改变。可以看到技术的节点,十几年前认为是0.25微米,现在已有5纳米的加工技术。光刻波长在逐渐的缩小,但是到了5纳米时,光刻再往下就很困难了,未来patterning (图案化,例如double-patterning,multi-patterning等)在EUV还是有可能的。
因此,除了工艺上的变化,还有新材料和3D结构的革新(图2)。例如,在过去的一段时间内,28纳米、20纳米、FinFET等带来材料的很大变化,出现了高K金属栅、钴衬垫/盖,然后是3D FinFET (图3),所以技术的延伸由仅靠光刻的缩小,而变成了由材料、结构和尺寸搭配的解决方案。目前有一些挑战性的解决方案,包括接触区创新和新型互联材料的解决方案。
未来,FinFET往下是什么?是接触区创新,采用SiGe通道还是栅绕式结构,还是有其他的解决方案?这个大家都在观望,没有一个非常清晰的共识。但是10纳米、7纳米是比较清晰的。
从由光刻所决定的scaling变成材料工程器件的改变,这对材料企业是有优势的。应用材料公司等企业正在原子层面上创新或者改变材料,但仅仅是科研还不够,还要实现工程化、量产化和工业化,这是非常重要的。
中国半导体及晶圆市场瞭望
据国际商业战略(International Business Strategies)公司201 6年的预测,2016年中国半导体市场为1 670亿美元,十年后翻番(如图4)。从应用材料公司跟相关客户接触所知,中国代工和内存线加起来约有十三条线,WFE投资额未来5年支出大约为200～300亿美元。
应用材料公司背景
应用材料公司在材料、服务和多种产品组合方面拥有优势。在研发方面投资巨大,过去十年的年均投入是10亿美元,2015年达15亿美元。公司在晶体管、互联、图案化、封装和检测等半导体制程中居于行业领导地位。
应用材料公司半导体产品事业部的产品群有八个:沉积、金属镀膜、检测、电镀、热处理、CMP(平坦化,或称机械抛光)、刻蚀和离子注入。
这些产品的组合为应用材料公司与客户在最新技术上的紧密合作提供了机会。了解客户需要什么,不仅仅是现在量产的问题,还有未来两三代客户思考的问题,找到客户最需要的技术,去投资、开发。应用材料公司提供的不是单一技术,而是全套解决方案,这个对客户来讲非常重要,因为很多时候,工艺之间的磨合也是很重要的。拆开的工艺现象和整合在一起是不一样的,无论是器件的可靠性还是性能,都会有较大的差异。
应用材料公司的三款1 0nm产品
为了迎接10nm以下的挑战,应用材料公司推出了三个法宝:1nm电子束检测设备-ProVisionTM,分辨率提高3倍、速度提升3倍;利用缝隙抑制型钨填充接触区工艺来降低良率-Endura@VoltaTM CVD W以及Centura@iSprintTM ALD/CVD SSW;以突破性的蚀刻技术实现原子级的蚀刻精准性-Producer@SelectraTM。
摘要：应用将持续驱动芯片业的发展。摩尔定律将继续演进,但形式正发生变化,从注重特征尺寸的缩小,正转变到同时关注材料和结构创新。预计中国半导体市场10年内翻番,将带来半导体制造的兴盛。为了迎接10nm以下的挑战,应用材料公司近期推出了三款新产品。
关键词：晶圆,材料工程,设备,刻蚀,电子束
内导体制造工艺 篇2
1 工艺制造过程中的缺陷对器件与材料的可靠性与质量影响
半导体材料在切割、抛光、单晶拉制、研磨以及光刻、外延、蒸汽溅射和扩散等各个工艺制造过程中都有发生各种缺陷的可能, 而且很多潜在的缺陷在半导体长期运行过程中, 都会受到电场、湿度、电流、温度以及冲击力等应力激活, 造成器件的质量严重退化, 还有的甚至会失效。浓度比较高的磷在型号为P的Si中进行扩散的过程中, 基于磷的四面体半径要小于Si, 因此在其扩散之后会造成Si出现点阵收缩的现象, 产生点阵错配, 从而导致晶体的内部产生一定的应力。而点阵错配会直接引起其它杂质分子扩散速度的加剧, 从而发生基区陷落效应, 而这种效应会使半导体器件可靠性和击穿电压水平的降低。为了使由于发射区扩散而导致的基区陷落效应得以消除, 一般都会采用与Si的共价半径比较相近的As来取代P, 并充当半导体发射区的杂质扩散源。然而, 以离子注入技术来取代半导体热扩散工艺, 能够在很大程度上降低由于热扩散而导致缺陷发生的可能性。
2、关键工艺对半导体器件工艺的可靠性影响
2.1 光刻工艺对半导体质量的影响
这种工艺主要包括曝光、涂胶、坚膜、显影以及腐蚀这五种工序。在半导体工艺制造中引入光刻工艺的缺陷主要表现在金属化层和氧化层中, 所出现缺陷的主要种类有毛刺、针孔、小岛以及钻蚀等, 这些缺陷都会对半导体的质量产生影响。
2.2 金属化工艺对半导体可靠性及质量的影响
在金属化时, 通常都会采用Na OH模具尖端, 这会直接导致拉丝模具出现Na+的污染, 所以, 在用W丝对真空蒸发性金属 (如:Cr、Al、Ni等) 进行加热时, 半导体器件氧化纯化层一定会受到Na+的污染, 而且Na+的浓度高至5×1011-2×1013cm2, 直接导致半导体器件稳定性的下降, 像MOS阈值电压漂移和双极半导体漏电流的加强等, 都属于这一情况。
2.3 干法腐蚀过程中的损伤效益
干法腐蚀主要包括物理-化学干法腐蚀和反应离子刻蚀, 这两种类型都是以等离子体为前提的腐蚀, 而且对微米级精细结构的制造非常重要。其中, 反应离子刻蚀能够导致半导体反向漏电流的加强。而物理-化学干法腐蚀则是具有选择性的, 材料的不同也会引起非常大的差别。要想使干法腐蚀工艺对半导体器件可靠性的负面影响得以消除, 就要严格控制半导体的离子能量。
比如, 在Ga As MOSFET长期工作的过程中, 经常会出现以下两种状况:a.Ga As所含有的镓逐渐向金属条进行扩散, 导致接触失效, 对这种问题最好的解决方法就是在半导体金属化层中再添加一层具有阻挡作用的金属;b.Ga As与栅金属发生界面反应, 导致界面逐渐向沟道转移, 使栅出现下沉、半导体器件出现失效的情况。对出现这种问题的最好解决方法就是对半导体金属化厚度的控制, 并用Ti Pt AU和Ti W Au来取代Al和Au金属栅。
2.4 引线键合对半导体分立器件制造工艺可靠性的影响
最常用的Ga As和Si器件引线键合工艺主要有三种, 即:热压键合、超声键合以及超声热压键合。不管是采用哪一种键合工艺, 都会对半导体器件的可靠性产生一定的影响。像超声键合就很容易造成管芯的损伤, 并逐渐生成金属化合物。此外在对超声热压键合进行运用的过程中, 必须要对超声输出功率、振动频率、芯片预热温度以及键合时间等因素进行严格的控制。Ga As和Si微波功率管、晶体管以及内匹配功率管中的半导体器件引线键合质量还包括键合位置、引线粗细、垂悬高度、引线数量以及引线长度等。
3 半导体工艺环境的控制
3.1 超纯气体的质量控制
在生产微电子器件的过程中, 最常用的超纯气体主要包括:氮气、氧气、氩气以及氢气等。这些气体的纯度在很大程度上影响着半导体分立器件的质量、成品率以及可靠性。而且一般被用于氧化、外延、CVD、扩散、封装以及烧结工艺中气体的纯度都必须要求达到99.99995%以上, 而且含钠量不得超过0.5ppm, 气体中的含氧量不得超过1ppm
3.2 防静电措施
引起半导体制造过程中静电损伤的主要原因是静电放电。可以通过测试来查找静电损伤的主要器件参数, 尽管轻微型的半导体静电损伤器件参数还没有退化, 但是其材料或者结构已经受到了不同程度的损伤, 而且这种器件在进行老化筛选的过程中很难去除, 而且在现场使用时, 增大了其失效率。产生静电的方式主要有三种, 即:感性带电、容性带电以及摩擦带电。具体防静电措施如下:a.必须要穿戴好导电鞋或者防静电鞋, 以及导电工作服;b.必须要使用防静电手环, 始终保持大地与人之间处于零电位状态;c.工作台面上一定要有防静电的桌垫;d.操作人员必须要先经过认真的静电放电, 之后才可以开始工作;e.必须要对测试夹具和仪器进行严谨测试, 以保证其良好接地。
4 总结
半导体分立器件制造工艺上的可靠性与其质量的控制存在非常大的关系, 因此, 为确保半导体分立器件制造工艺上的可靠性, 就必须要在对半导体可靠性进行设计的前提下, 严格控制半导体器件工艺制造过程中的每一个环节。
参考文献
[1]高光勃, 李学新.半导体器件可靠性物理[M].北京:科学出版社, 2010, 5:159-160.
[2]庄毅槭.微电子器件应用可靠性技术[M].北京:电子工业出版社, 2006, 9:120-124.
[3]卢齐卿, 张安康.半导体器件可靠性与失效分析[M].南京:江苏科学出版社, 2004, 10:65-69.
[4]王长河.微波半导体器件可靠性控制技术研究[A].可靠性工作经验交流汇编[C].北京:电子工业部可靠性管理办公室, 2007, 1:211-214.
[5]李密.纳米·微米新型微电子器件可靠性技术发展方向研讨[J].半导体情报, 2008, 23 (5) :11-18.
内导体制造工艺 篇3
1工艺制造过程中的缺陷对器件与材料的可靠性与质量影响
半导体材料在切割、抛光、单晶拉制、 研磨以及光刻、外延、蒸汽溅射和扩散等各个工艺制造过程中都有发生各种缺陷的可能, 而且很多潜在的缺陷在半导体长期运行过程中, 都会受到电场、湿度、电流、温度以及冲击力等应力激活, 造成器件的质量严重退化, 还有的甚至会失效。
浓度比较高的磷在型号为P的Si中进行扩散的过程中, 基于磷的四面体半径要小于Si, 因此在其扩散之后会造成Si出现点阵收缩的现象, 产生点阵错配, 从而导致晶体的内部产生一定的应力。而点阵错配会直接引起其它杂质分子扩散速度的加剧, 从而发生基区陷落效应, 而这种效应会使半导体器件可靠性和击穿电压水平的降低。为了使由于发射区扩散而导致的基区陷落效应得以消除, 一般都会采用与Si的共价半径比较相近的AS来取代P, 并充当半导体发射区的杂质扩散源。 然而, 以离子注人技术来取代半导体热扩散工艺, 能够在很大程度上降低由于热扩散而导致缺陷发生的可能性。
2关键工艺对半导体器件工艺的可靠性影响
2.1光刻工艺对半导体质量的影响
这种工艺主要包括曝光、涂胶、坚膜、 显影以及腐蚀这五种工序。在半导体工艺制造中引人光刻工艺的缺陷主要表现在金属化层和氧化层中,所出现缺陷的主要种类有毛刺、针孔、小岛以及钻蚀等,这些缺陷都会对半导体的质量产生影响。
2.2金属化工艺对半导体可靠性及质的影响
在金属化时,通常都会采用NaOH模具尖端,这会直接导致拉丝模具出现Na+ 的污染,所以,在用W丝对真空蒸发性金属( 如:l:r} Al, Ni等) 进行加热时,半导体器件氧化纯化层一定会受到Na+ 的污染,而且Na+ 的浓度高至5 x 1011-2 x1013cm2,直接导致半导体器件稳定性的下降,像MOv闽值电压漂移和双极半导体漏电流的加强等,都属于这一情况。
2.3干法腐蚀过程中的损伤效益
干法腐蚀主要包括物理一化学干法腐蚀和反应离子刻蚀,这两种类型都是以等离子体为前提的腐蚀,而且对微米级精细结构的制造非常重要二其中,反应离子刻蚀能够导致半导体反向漏电流的加强二而物理一化学干法腐蚀则是具有选择性的,材料的不同也会引起非常大的差别二要想使干法腐蚀工艺对半导体器件可靠性的负面影响得以消除,就要严格控制半导体的离子能量二。
比如,在GaA, MOVFET长期工作的过程中,经常会出现以下两种状况:a. GaAs,所含有的稼逐渐向金属条进行扩散,导致接触失效,对这种问题最好的解决方法就是在半导体金属化层中再添加一层具有阻挡作用的金属;b. GaA,与栅金属发生界面反应,导致界面逐渐向沟道转移,使栅出现下沉、半导体器件出现失效的情况二对出现这种问题的最好解决方法就是对半导体金属化厚度的控制,并用TiPt AU和Ti W Au来取代Al和Au金属栅。
2.4引线键合对半导体分立器件制造工艺可靠性的影响
最常用的UaA,和 }i器件引线键合工艺主要有三种,即 : 热压键合、超声键合以及超声热压键合二不管是采用哪种键合工艺,都会对半导体器件的可靠性产生一定的影响二像超声键合就很容易造成管芯的损伤,并逐渐生成金属化合物二此外在对超声热压键合进行运用的过程中,必须要对超声输出功率、振动频率、芯片预热温度以及键合时间等因素进行严格的控制二UaA,和 }i微波功率管、晶体管以及内匹配功率管中的半导体器件引线键合质量还包括键合位置、引线粗细、垂悬高度、引线数量以及引线长度等。有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有版权所有有版权所有。
3半导体工艺环境的控制
3.1超纯气体的质量控制
在生产微电子器件的过程中, 最常用的超纯气体主要包括: 氮气、氧气、氢气以及氢气等。这些气体的纯度在很大程度上影响着半导体分立器件的质量、成品率以及可靠性。而且一般被用于氧化、外延、 CvD、扩散、封装以及烧结工艺中气体的纯度都必须要求达到99.99995% 以上, 而且含钠量不得超过0.5即m, 气体中的含氧量不得超过IPPm。
3.2防静电措施
引起半导体制造过程中静电损伤的主要原因是静电放电。可以通过测试来查找静电损伤的主要器件参数, 尽管轻微型的半导体静电损伤器件参数还没有退化, 但是其材料或者结构已经受到了不同程度的损伤, 而且这种器件在进行老化筛选的过程中很难去除, 而且在现场使用时, 增大了其失效率。产生静电的方式主要有三种, 即: 感性带电、容性带电以及摩擦带电。具体防静电措施如下:a. 必须要穿戴好导电鞋或者防静电鞋, 以及导电工作服;b. 必须要使用防静电手环, 始终保持大地与人之间处于零电位状态;C. 工作台面上一定要有防静电的桌垫;d. 操作人员必须要先经过认真的静电放电, 之后才可以开始工作;e. 必须要对测试夹具和仪器进行严谨测试, 以保证其良好接地。
4总结
半导体分立器件制造工艺上的可靠性与其质量的控制存在非常大的关系, 因此, 为确保半导体分立器件制造工艺上的可靠性, 就必须要在对半导体可靠性进行设计的前提下, 严格控制半导体器件工艺制造过程中的每一个环节。
摘要：重点对半导体分立器件制造工艺的可靠性进行分析,分析关键工艺和工艺缺陷对半导体分立器件的可靠性及质量上的影响因素及相应的控制方法 ,进一步研究半导体分立器件制造工艺的可靠性。
内导体制造工艺 篇4
当前, 业界有很多可利用的SPC工具, 如本公司使用的e-SPC系统, 该系统提供了一系列的计算和监测功能来支持所需的SPC管控需求。然而, 这些SPC的管控系统都缺少实时计算和监控Cpk参数的功能, 工程师想要获得Cpk的指标, 都需要采取滞后手动的方法, 这样既造成了人力的浪费, 又导致了对工艺能力的监控不及时。
2当前SPC系统的介绍及不足
图1所示是业界常用的工艺能力监控框架, 线上量测数据通过EAP先将数据传入到MES系统当中, 后通过链接反馈到e-SPC系统当中, 通过SPC预先设置的各类规则计算Cpk并输出对应图表, 当出现违反设置规则的OCAP时, 会自动反馈到机台端, 及时采取相关处理措施。
当前的SPC系统只允许工程师手动获得Cpk, 如图2所示, 对于某个量测数据的监控, 只能通过手动选择一段时间的量测数据, 计算出该段时间的Cpk数据。该数据缺乏实时性, 同时缺少Cpk偏离控制界线的对应触发, 因此比较低效。
3实时Cpk监控的实现方法
文章提出的工艺能力实时分析追踪系统, 它弥补了当前SPC系统的不足, 建立了一个可以实时计算监控Cpk, 及时侦测工艺能力偏移并采取相关措施的新的系统框架。如图3所示:线上机台量测数据后通过EAP将数据传入到MES系统当中, 先通过Cpk实时监控规则设置数据库的相关判断, 将所得到的数据同前期数据整合, 反馈到e-SPC系统当中得到实时Cpk值。当不符合预先设置的各类监控规则时, 会自动反馈到机台端, 及时采取相关措施。
下面具体讨论实时Cpk的生成和实现方法, 通过图3框架可以看出, MES将量测数据送到Cpk实时监控规则设置数据库中, 这里面包括工程师对不同产品特性预先设定实时Cpk的各种定义规则。通过这些关键信息, 核心算法通过一系列的逻辑关系构建 (如图3所示) , 并通过移位寄存的方式来处理数据, 从而实现先进先出的滚动数值。
关于移位寄存的算法, 我们可以通过图4中五点Cpk滚动数值作为范例进行说明。也就是说每五个数据点累计后, Cpk指标会被计算。系统会动态的创建一个存储阵列, 阵列的大小可以被工程师预先设定, 数据从机台输出, 并存储到阵列当中, 系统会持续的追踪接收到的数据点的数量。当第五个数据点接收到的时候, e-SPC系统和相关的SPC规则会被激活, 并根据这五个点得出相关的指标。而当第六个数据点作为新数据进入时, B1会取代A1的位置, 将A1移出阵列, 而随着B1的进入, 阵列会重新计算新的5点数据并激活相应的监控规则, 只要不断的有新的数据点进入, 这个循环会持续进行。
4仿真结果
基于上面的理论和计算方法, 我们通过仿真验证得出实时Cpk的监控结果, 如图5可以看出, 通过预先设定的30点滚动数值和监控规则, 当实时Cpk出现连续多点向下的趋势, 或是偏离控制界线时, 系统会自动检测到异常, 并发出触发信号, 采取相关措施。这样, 对线上产品工艺能力的监控会更加的高效和及时。
5结束语
文章介绍了一种更有效的工艺能力监控方法, 通过与传统SPC系统相结合的方式, 针对工艺能力表征参数Cpk, 提出了实时Cpk的监控方法, 采用移位寄存的方式, 来持续的计算新的Cpk值, 并最终通过仿真结果得出了该方法的有效性和实用性。
摘要：统计过程控制 (Statistical Process Control-SPC) 是一种监测产品工艺质量, 提高工艺表现的一种方法。为了尽可能地提高工艺水平, 减小产品缺陷, 业界普遍采用SPC的方法, 而Cpk则是SPC方法中最重要的一项参数, 其值的高低反映工艺精准度及稳定性。文章介绍了一种能够实时计算和监管工艺Cpk的方法, 它替代了传统的人工滞后的方式获取Cpk的方式, 从而更有效更实时地监控和追踪工艺能力的表现, 及时采取相关措施来修正工艺, 从而实现产品利益的最大化。
关键词：半导体,制造业,工艺能力,分析,追踪
参考文献
[1]PEARN, W.L., New generalization of process capability index Cpk[J].Journal of Applied Statistics, 1998, 25 (6) :801-810 (10) .