1、真空壓力范圍初真空 0.1 Torr-760 Torr中真空 10-4 Torr-10-1 Torr高真空 10-8 Torr-10-4 Torr超高真空 10-8 Torr初真空泵初真空泵均涉及通過活塞/葉片/柱塞/隔膜的機(jī)械運(yùn)動將氣體正向移位的過程。所有初真空泵都包括三個步驟：捕捉一定體積的氣體、對捕捉的氣體進(jìn)行壓縮、排除氣體。高真空泵高真空泵分為兩類：一類是轉(zhuǎn)移動量給氣體分子而抽吸氣體；另一類是俘獲氣體分子。常用的動量轉(zhuǎn)移類型泵有擴(kuò)散泵和分子泵。常用的氣體吸附泵有低溫泵、吸氣泵、鈦升華泵和濺射離子泵。Oil Diffusion PumpTURBO PUMPCRYO PUMP等離子體(pl

2、asma)等離子體是一種中性、高能量、離子化的氣體，包含中性原子或分子、帶電離子和自由電子。俗稱物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體的產(chǎn)生在電弧被激發(fā)前，氣體作為絕緣體而不會有電流產(chǎn)生。考慮等離子體形成時所發(fā)生的情況，如果高壓足夠高，反映腔內(nèi)的電場高于氣體裂解所需電場，在兩個電極間就會產(chǎn)生高壓電弧，這個電弧會產(chǎn)生大量的離子和自由電子。由于腔內(nèi)電場的作用，電子被加速移向正的陽極，同時離子被加速移向負(fù)的陰極，由等離子體的產(chǎn)生 于電子的質(zhì)量很小，電子會比緩慢移動的離子加速快得多。且離子穿越放電區(qū)并最終打在陰極上，當(dāng)它們打在陰極上時，就會從陰極的材料中釋放出大量的 二次電子，這些電子向相反方向加速沖向陽極，如果

3、在電極之間的電壓足夠大，這些高能量電子和中性原子的非彈性碰撞將產(chǎn)生出更多的離子，這個二次電子的釋放和離子的產(chǎn)生過程維持了等離子體。輝光放電術(shù)語“輝光放電”是指發(fā)光是由等離子體產(chǎn)生。當(dāng)一個被激發(fā)的原子或分子的電子返回到基態(tài)的時候，它以可見光輻射的形式釋放出能量，由此產(chǎn)生了輝光放電中的光。輝光放電輝光的產(chǎn)生射頻放電在許多情況下，在一個或多個電極上的材料是絕緣的，暴露在硅片表面的材料，光刻膠和氧化層都是絕緣體，當(dāng)離子轟擊硅片表面時，會發(fā)射出二次電子，使這些層充滿電荷。電荷積聚在表面，使電場減少，直到等離子體最終消失。為解決這個問題，等離子體可以用交流信號來驅(qū)動，一般為13.56MHz。物理氣相淀積(

4、PVD)具有一定能量的入射離子(Ar+)在對固體表面轟擊時，入射離子在與固體表面原子的碰撞過程中將發(fā)生能量和動量的轉(zhuǎn)移，并可將固體表面的原子濺射出來，這種現(xiàn)象稱為濺射。濺射主要是一個物理過程而不是一個化學(xué)過程。濺射的優(yōu)點(diǎn)具有淀積并保持復(fù)雜合金原組分的能力能夠淀積高溫熔化和難熔金屬能夠在直徑200mm或更大的硅片上控制淀積均勻薄膜具有多腔集成設(shè)備，能夠在淀積金屬前清除硅片表面玷污和本身的氧化層(Etch)基本濺射過程在高真空腔等離子體中產(chǎn)生正氬離子，并向具有負(fù)電勢的耙材料加速在加速過程中離子獲得動能，并轟擊耙離子通過物理過程從耙上撞擊出濺射原子被濺射的原子在硅片表面凝聚并形成薄膜，與耙材料比較，

5、薄膜具有與它相同基本濺射過程 的材料組分額外材料由真空泵抽走影響濺射的常見因素通入腔內(nèi)氬氣的壓力腔內(nèi)真空度濺射電流硅片溫度濺射方法磁控濺射 電子在電場和磁場中將受到洛倫茲力的作用，若三者相互平行，則電子的運(yùn)動軌跡仍是一條直線；電子的運(yùn)動軌跡是沿電場方向加速、同時繞磁場方向螺旋前進(jìn)。磁場的存在將延長電子在等離子體中的運(yùn)動軌跡，提高了與原子碰撞的效率，從而也提高了原子的電離幾率，導(dǎo)致在磁控濺射中，靶上的電流密度相對于直流配置的1mA/cm2提高到濺射方法 10100mA/cm2。因而在同樣的電流和氣壓下可以顯著地提高濺射的效率和淀積的速率。磁控濺射是應(yīng)用最廣泛的一種濺射淀積方法，因?yàn)檫@種方法淀積速

6、率可以比其他濺射方法高出一個數(shù)量級，薄膜質(zhì)量又好。這是由于磁場有效地提 高了電子與氣體分子的碰撞幾率，因而工作氣壓可以明顯降低，而較低氣壓條件下濺射原子被散射的幾率就很小。一濺射方法 方面降低了薄膜污染的傾向，另一方面也將提高入射到硅片表面原子的能量，因而將可以在很大程度上改善薄膜的質(zhì)量。偏壓濺射 為了改善薄膜的組織結(jié)構(gòu)，可以采用偏壓濺射方法。偏壓濺射就是在一般濺射設(shè)置的基礎(chǔ)上，在硅片與靶材之間施加一定大小的偏置電壓，以改變?nèi)肷涞焦杵砻娴膸щ娏Ｗ拥臄?shù)量和能量的方法。在偏壓作用下，帶電離子對表濺射方法 面的轟擊可以提高淀積原子在薄膜表面的擴(kuò)散和參加化學(xué)反應(yīng)的能力，提高薄膜的密度和成膜能力，抑制

7、柱狀晶生長和細(xì)化薄膜晶粒等。蝕刻濕法蝕刻利用合適的化學(xué)溶液先將所欲蝕刻的材質(zhì)未被光阻覆蓋部分分解，然后轉(zhuǎn)成可溶于此溶液的化合物之后，而達(dá)到去除的目的。濕法蝕刻的進(jìn)行主要是憑借溶液與欲刻蝕材質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，因此，我們可以籍由化學(xué)溶液的選取與調(diào)配，得到適當(dāng)?shù)奈g刻速率，以及欲蝕刻材質(zhì)對光阻濕法蝕刻 及下層材質(zhì)的良好蝕刻選擇比。 優(yōu)點(diǎn)：制程單純，設(shè)備簡單。成本低，產(chǎn)能高。 缺點(diǎn)：刻蝕是同向性的，會造成底切導(dǎo)致失真 。 控制濕法蝕刻的速率： 1.溶液濃度 2.溶液溫度同向和異向蝕刻干法蝕刻利用反應(yīng)氣體在電場加速作用下形成的等離子體中的活性基，與被腐蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)，形成揮發(fā)物資并隨氣流

8、帶走。干法蝕刻優(yōu)點(diǎn)蝕刻剖面是各向異性,具有非常好的側(cè)壁剖面控制好的CD控制最小的光刻膠脫落或黏附問題好的片內(nèi)、片間、批次間的蝕刻均勻性較低的化學(xué)制品使用和處理費(fèi)用等離子蝕刻反應(yīng)器真空工藝腔RF電源發(fā)生器真空系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)終點(diǎn)監(jiān)測真空工藝腔-圓桶型反應(yīng)器硅片與電場平行放置使物理蝕刻最小。這種蝕刻具有各向同性和高選擇比的純化學(xué)過程。因?yàn)楣杵砻鏇]有物理的轟擊，所以它具有最小的等離子體誘導(dǎo)損傷。圓桶式等離子體主要用于硅片表面的去膠。真空工藝腔-平板反應(yīng)器硅片平放在接地電極上，等離子體在倆電極之間形成，此時晶片趨于比中間等離子體低的電位，帶電荷的反應(yīng)離子向垂直于電場的晶片表面運(yùn)動，刻蝕

9、。所以側(cè)向腐蝕小，實(shí)現(xiàn)了各向異性腐蝕，同時，兩平行板間距離調(diào)的很近，活性原子及原子團(tuán)也能起刻蝕作用，所以既有物理反應(yīng)也有化學(xué)反應(yīng)真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE反應(yīng)腔內(nèi)的等離子體在大部分區(qū)域都是一個具有高導(dǎo)電性的等勢體。但是在靠近兩個電極的區(qū)域則是一個呈高阻態(tài)的暗區(qū)。此外增大接地陽極對陰極的面積比，可以提高陰極上的直流偏置電壓，可達(dá)100V-1000V，這樣使正粒子被電場加速，真空工藝腔-反應(yīng)離子蝕刻RIE獲得較大的動能，可垂直轟擊待刻蝕的晶片表面。使得刻蝕晶片具有較好的各項(xiàng)異性，同時反應(yīng)離子刻蝕氣體系統(tǒng)中那些具有高度反應(yīng)性的原子團(tuán)和活性基，又使化學(xué)反應(yīng)過程表現(xiàn)較好的腐蝕先擇比。真空工藝腔-反應(yīng)

10、離子蝕刻RIE因此，RIE在各項(xiàng)異性腐蝕及刻蝕選擇比這兩方面取得了較好的統(tǒng)一，目前已成為集成電路刻蝕的主要技術(shù)。磁場強(qiáng)化RIE系統(tǒng)磁增強(qiáng)反應(yīng)離子蝕刻MERIE是在傳統(tǒng)的RIE中，加上永久磁鐵和線圈，產(chǎn)生與晶片平行的磁場，這樣與直流偏壓產(chǎn)生的電場垂直，所以帶電粒子在此磁場作用下，將以螺旋方式移動，這樣一來減少電子撞擊腔壁的機(jī)會，提高等離子體的密度。用磁場來限制等離子體以產(chǎn)生高密度等離子體并容許低壓工作，有效地磁場強(qiáng)化RIE系統(tǒng)保證了蝕刻的方向性和均勻性，特別是在蝕刻高深寬比圖形時更有效。 RF電源發(fā)生器射頻頻率信號發(fā)生器（頻率合成器。激勵級）射頻電壓放大器（緩沖級）射頻功率放大器（前級放大和末級

11、放大）射頻輸出網(wǎng)絡(luò)（匹配網(wǎng)絡(luò)）真空工藝腔壓力一般由Throttle Valve 控制真空系統(tǒng)大部分都要求具有耐腐蝕型流量控制系統(tǒng)(MFC.AFC)利用毛細(xì)管溫差傳熱量測法，測量氣體流量。將傳感器加熱電橋測得的流量信號給放大器放大，放大后的流量檢測電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，在將差值信號放大后去控制電磁閥，使之與設(shè)定值相等。終點(diǎn)監(jiān)測干法刻蝕不像濕法刻蝕，有很高的選擇比，過度的刻蝕會損傷下一層材料，因此，蝕刻時間就必須正確無誤的掌握，另外，機(jī)臺狀態(tài)的些微變化，如氣體流量。溫度?；蚓喜牧弦慌c一批間的差異。都會影響刻蝕時間的控制，因此，必須時常檢測刻蝕速率的變化。使用終點(diǎn)偵測器的方法?？梢杂?jì)算出刻蝕

12、結(jié)束的正確時間，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制過度終點(diǎn)監(jiān)測 刻蝕的時間，以確保多次刻蝕的再現(xiàn) 性。 光譜發(fā)射是終點(diǎn)檢測中最常用的一種方 法。被激發(fā)的基發(fā)射出對應(yīng)于特定材料的一定波長的光。在氣體輝光放電中被激發(fā)的原子或分子所發(fā)出的光可用光發(fā) 終點(diǎn)監(jiān)測 射譜來分析，從而鑒別出該元素。發(fā)射的光通過一個帶有允許特殊波長的光通過的帶過濾器的探測器，從而鑒別出被蝕刻的材料。在等離子體中，發(fā)射光的強(qiáng)度與相關(guān)元素的相對濃度有關(guān)。根據(jù)這一點(diǎn)，終點(diǎn)檢測器能夠檢測出什么時候蝕刻材料已被刻完并進(jìn)行下層材料的蝕刻。離子注入 摻雜只有當(dāng)硅中加入少量雜質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)和電導(dǎo)率發(fā)生改變時，硅才成為一種有用的半導(dǎo)體。這個加入少量雜質(zhì)的這個過程我們

13、稱之為摻雜。 在晶圓的制造中，有兩種方法可以向硅片中引入雜質(zhì)，就是熱擴(kuò)散和離子注入。如擴(kuò)散利用高溫驅(qū)動雜質(zhì)穿過硅的晶格結(jié)構(gòu)，這種方法受到時間和溫度的影響。離子注入通過高壓離子轟擊把雜質(zhì)引入硅片。 離子注入的優(yōu)點(diǎn)1，精確控制雜質(zhì)含量：能在很大范圍內(nèi)精確控制注入雜質(zhì)濃度，從1010到1017ions/cm2，誤差在2%。擴(kuò)散在高濃度控制雜質(zhì)含量誤差在5%到10%以內(nèi)，但濃度越小誤差就越大。2，很好的雜質(zhì)均勻性：用掃描的方法控制雜質(zhì)的均勻性3，對雜質(zhì)穿透深度有很好的控制：通過控制注入過程中離子能量控制雜質(zhì)的穿透深度，增大了設(shè)計(jì)的靈活性，如埋層，最大雜質(zhì)濃度在埋層里，最小濃度在硅片表面。 離子注入的優(yōu)

14、點(diǎn)4，產(chǎn)生單一離子束：質(zhì)量分離技術(shù)產(chǎn)生沒有玷污的純離子束，不同的雜質(zhì)能夠被選出進(jìn)行注入。5，低溫工藝：注入在中等溫度（小于125）下進(jìn)行，允許使用不同的光刻掩膜，包括光刻膠。6，注入的離子能穿過薄膜：雜質(zhì)可以通過薄膜注入，如氧化物或氮化物。7，無固濃度極限：注入雜質(zhì)含量不受硅片固濃度限制。 離子注入的缺點(diǎn)離子注入的主要缺點(diǎn)是高雜質(zhì)離子轟擊硅原子將對晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。大多數(shù)甚至所有的晶體損傷都能用高溫退火進(jìn)行修復(fù)。 離子注入機(jī)分類1，中低電流2，大電流3，高能4，氧注入機(jī) 離子注入機(jī)離子注入設(shè)備主要分為以下5個部分：1，Ion source2，extraction and AMU (analyz

15、e magnet unit)3，acceleration4，scan assembly5，process chamberTERMINALGROUND FILAMENTSUPPLY 1000 WARC SUPPLY 30V - 100VPRE ACCELL SUPPLY2KV - 60KV-+-FILAMENTARC CHAMBERFreeman Bernas FILAMENTSUPPLY 1000 WARC SUPPLY 30V - 100VPRE ACCELL SUPPLY2KV - 60KV-+-FILAMENTARC CHAMBER+-Electron ReflectorUltraLif

16、eTM Ion SourceArcFilBias-+-+80A 7.5V2A 600V7A 150V+-FilamentCathodeAnti-CathodeArc ChamberFace PlateSuppressionElectrodeGroundelectrodeFixed gap40kVBeam Focus (fixed gap Vs Pre-Accel Voltage) Extraction PowerMagnetic Mass/Charge RatioIONSOURCEHeavy ionLight ionSelectedPre acceleration voltage = cons

17、tantMagnetic field intoPaper = constantMass ResolvingSlit.R= radius of ionB= magnetic field strengthV= acceleration voltagen= charge state (+=1,+=2)e= 1.602X10-19m= mass (AMU)Beam Shape ModifiersSuppression Terminal groundMRS cross-overSourceMagnet Fringe Field - focusAnalyser4-11 加速Q(mào)uad Magnet7/28/2022beam focus by Q1, Q27/28/2022 平行掃描Arc chamberGuide tube supportAr bleedFilament strapGuide tube Faraday Cup 高壓的具體實(shí)現(xiàn)Operator consoleScan assemblyWheel ch