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半导体晶圆制造基础知识

ZERO OXIDE 的作用是什么? 第一是为后序的ZERO PHOTO时做PR的隔离,防止PR直接与Si接触,造成污染。

1.      ZERO OXIDE 的作用是什么?

第一是为后序的ZERO PHOTO时做PR的隔离,防止PR直接与Si接触,造成污染。

PR中所含的有机物很难清洗。

第二,WAFTER MARK是用激光来打的,在Si表面引致的融渣会落在OXIDE上,不

会对衬底造成损伤。

第三是通过高温过程改变Si表面清洁度。

2.      ZERO PHOTO的目的是什么?WAFER MARK是否用光照?

 

ZERO PHOTO是为了在Si上刻出精对准的图形,ASML stepper system  requires a zero mark for global alignment purpose。WAFTER MARK不用光照,用LASER刻出WAFTER的刻号。

3.      STI  PAD OXIDE 的作用是什么?厚薄会有什么影响?用什么方法生长?

 

NITRIDE的应力很大,直接淀积到SI上会在SI表面造成位错,所以需要一层OXIDE

作为缓冲层,同时也作为NITRIDE ETCH时的STOP LAYER。如果太薄,会托不住NITRIDE,对衬底造成损伤,太厚的话在后序生长线氧时易形成鸟嘴。PAD OXIDE是用湿氧的方法生长的。

4.STI  NITRIDE的作用是什么?为什么要精确它的厚度?

 

NITRIDE是作为STI CMP的STOP LAYER。NITRIDE的厚度要精确控

制,一方面与PAD OXIDE,SiON,ARC的厚度相匹配,很好的控制exposure时的折射率,厚度为1625A时的CD control最好;另一方面与BIRD’S BEAK的形成有关。如果NITRIDE太厚,BIRD’S BEAK会减小,但是引入Si中的缺陷增加;如果加厚PAD OXIDE,可减小缺陷,但BIRD’S BEAK会增加。

5.在STI ETCH中SION的作用是什么?在整个0.18um SRAM FLOW 中SION厚度有几个?
STI ETCH之前DEP了一层SION,目的是为了降低NITRIDE的反射率,作为ARC。在

整个0.18um SRAM FLOW 中SION的厚度有3个:320A,400A,600A。


6.在STI HDP前LINER-OXIDE的作用是什么?
LINER OXIDE是用热氧化的方法生长的。一方面在STI ETCH后对SI会造成损伤,生

长一层LINER OXIDE可以修补沟道边缘Si表面的DAMAGE;在HDP之前修复尖角,减小接触面,同时HDP DEPOXIDE是用PLASMA,LINER OXIDE也作为HDP时的缓冲层。


7:HDP DEP原理?

A:在CVD的同时,用高密度的PLASMA轰击,防止CVD填充时洞口过早封死,产生空洞现象,因为有PLASMA轰击,所以HDP后要有RTA的步骤。

8:为什么HDP DEP后要有RTA?
A:因为HDP是用高能高密度的PLASMA轰击的,因此会有DAMAGE产生,要用RTA来消除。

9:为什么在STI CMP前要进行AR PHO 和ETCH BACK?
A:AR PHO 就是用AA PHO 的反版在HDP CVD 生长的OXIDE    上形成图示形状,先用DRY方法去掉大块的OXIDE,使CMP时能       将OXIDE完全去掉


10:在STI CMP后OXIDE的表面要比NITRIDE 的低?

A:NITRIDE的硬度较大,相对来说OX的研磨速率更高,因此STI CMP 会有一定量的Dishing.


11:为什么在CMP后进行CLN?用什么药剂?

A:CMP是用化学机械的方法,产生的PARTICLE很多,所以要CLN。

使用药剂如下:

              SPM+HF: H2SO4:H2O2            去除有机物质

              HPM:    HCL:H2O2:H2O        去除金属离子

              APM:    NH4OH

HF                                 去除自然氧化层


 12:SAC OX 的作用?为什么要去除PAD OX后才长SAC OX ,而不直接用PAD OX?
A:因为经过上面一系列的PROCESS,SILICON的SURFACE会有很多DAMAGE,PAD OX 损伤也很严重,因此要去掉PAD OX后生长一层OXIDE来消除这些DAMAGE,同时SAC OX也避免PR与SI的表面直接接触,造成污染。也为下一步的IMP作阻挡层,防止离子IMP时发生穿隧效应。


13、APM,SPM,HPM的主要成分,除何种杂质;HF的作用。
APM  NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5 SC1
主要去除微颗粒,可除部分金属离子。
HPM  HCL:H2O2:H2O=1:1:6 SC2
主要作用是去除金属离子。
SPM  H2SO4:H2O2=4:1
主要作用是去除有机物(主要是残留光刻胶)。
HF的主要作用是去除OX。

14、WELL IMP中需要注入几次,每次IMP的位置大致怎样?
0.18UM制程中WELL IMP有三次:
WELL IMP注入的位置最深,用以调节井的浓度防止Latch-up效应。
CHANNEL IMP位置较浅,加大LDD之下部位的WELL浓度,使器件工作时该位置的耗尽层更窄,防止器件PUNCH THROUGH。
VT注入,靠近器件表面,调节器件的开启电压

15、什么是PUNCH THROUGH,为消除它有哪些手段?
PUNCH THROUGH是指器件的S、D因为耗尽区相接而发生的穿通现象。S、D对于SUB有各自的耗尽区。当器件尺寸较小时,只要二者对衬底的偏压条件满足,就可能发生PUNCH THROUGH效应。这样,不论GATE有无开启都会有PUNCH THROUGH产生的电流流过S、D。

在制程中,采用POCKET和CHANNEL IMP来加大容易发生PUNCH THROUGH位置的SUB浓度,从而减小器件工作时在该处产生的耗尽层宽度以达到避免PUNCH THROUGH发生的效果。

16、为什么要进行DUAL GATE OX,该OX制程如何?GATE OX ETCH方式怎样?
在工艺中,为了满足不同的开启电压要求设计了两样GATE OX。工作电压为3.3V(外围)的需要GATE OX的较之 1.8V为厚。
SAC OXIDE REMOVE
GATE1 OX 生长50AOX
DUAL GATE OXIDE PHOTO
GATE OXIDE ETCH/CRS  将1.8V器件处的GOX去掉
GATE2 OX
POLY DEPOSITION
在DUAL GATE OXIDE PHOTO之后的ETCH要去除1.8V的GATE OX1,然后两边(3.3V、1.8V)同时生长OX,形成70A、32A的DUAL GATE结构。

17、为什么用UNDOPE的多晶?
掺杂POLY(一般指N型)在CMOS工艺中会对PMOS的VT有较大影响,而UNDOPE的掺杂可以由后面的S、D的IMP来完成,容易控制。

18解释HOT CARRIER EFFECT,说明LDD的作用。
当MOSFET通道长度缩小时,若工作电压没有适当的缩小,通道内的电场会增大,靠近电极处最大,以至于电子在此区域获得足够的能量,经过撞击游离作用,产生电子-空穴对。这些电子空穴对有的穿过氧化层形成门极电流,有的留在氧化层内影响开启电压。同时也使得表面的迁移率降低。
LDD的轻掺杂使横向电场强度减小,热载流子效应被降低。

19.为什么PLH、NLH无pocket IMP?
在0.18μm LOGIC DUAL GATE 制程中,GATE1是0.35μm,其尺寸较宽,其下面的沟道也较宽,也就不会产生p-th现象,所以不需要进行pocket IMP来进行调整。


20.Nitride spacer 的特点?为什么要做成这种结构?若是O-N结构会有什么影响?Nitride spacer是怎样Etch的?
先用热氧化法于700℃下生长一层150?左右的lining TEOS作为的ETCH NITRIDE 的 STOP LAYER,也作为Nitride的缓冲层,减少Nitride对Si的应力。然后再deposition一层SIN(300?左右),这是主要的,但不能太厚,太厚会对下层Lining TEOS Structure造成损伤,即Lining TEOS 会支撑不住。
但是Spacer又要求有一定的厚度,所以在Nitride的上面还要在Dep一层TEOS(1000?±100?),这样就形成了O-N-O结构。
Spacer etch时先干刻到Lining TEOS上停止,再用湿刻的方法刻蚀Lining TEOS,但是并没有完全去掉,经过Oxide Striping后lining oxide 还有的50 ?作为SN+,SP+-的IMP的掩蔽层。

22.为何要将SP+-的IMP RTA Annealing推至SAB Dep之后?
主要防止Borron从Wafer表面溢出。

23.SAB的作用?
Salicide Block
首先,在不需要Salicide的地方防止产生Salicide,做电阻时。其次,ESD的保护电路上不需要做Salicide.而且SAB 有防止S/D的杂质从表面析出。

24.Salicide在两次退火过程中形成物质的特点?在Salicide形成过程中为何要两次RTA? TiN(200?)的作用。Salicide过厚或者过薄有何影响。
第一次在500℃下退火,在S/D以及Poly上面形成Co2Si,这样会把表面的Si固定住,从而防止其沿着表面流动,这样形成的Co2Si. Salicide的电阻较大,再经过一次RTA(850℃)后Co2Si→CoSi2,电阻率下降,若经过一次退火,Poly和S/D中的Si会扩散到side wall上,从而在侧墙上也会形成CoSi2,这样就会把Poly与D,S连接起来,造成短路。
由于Co在高温时易结块,在Si&POLY表面覆盖不均匀,影响Salicide的质量表面盖一层TiN将Co固定。
Salicide过薄,电阻较高,在ETCH时O/E容易刻穿无法形成欧姆接触。过厚则可能使整个S,D都形成Salicide。


25. 在POLY ETCH 后要进行POLY Re-Oxidation 的作用?
修补ETCH 后对GOX 造成的damage.Poly ETCH 过程中要注意控制CD,并且所用药品的RECIPE 要对OX的选择比要足够大。

27.SABP-TEOS 的作用?
SABP-TEOS Sub-AtmosphericBP  TEOS   好处 good gap-filling and 平坦化, trap Na+,  Lower Reflow Temperature ,  Reflow后 降低wafer 表面的高度差,结构变得比较致密。


28.为什么在SABP-TEOS上要DEP 一层PETEOS.?
The main purpose is for CMP,BPSG的研磨速率慢,BPSG的硬度过小在后一步的CMP时容易造成划伤,加上一层PETEOS减小划伤。


29.CONTACT GLUE LAYER 各层的生长方式及主要作用?
GLUE LAYER 层为Ti/TiN ,Ti使用IMP的方法生长,用来作为Dielectric-layer与W之间的

Glue layer Ti 的粘连性好,TiN作为阻挡层,防止上下层材料的交互扩散,而且Ti与WF6反应会发生爆炸


30 the function of silicide annealing after contact glue layer dep?
使Ti转化为silicide 减小阻值,增加粘连性,并且修补损伤。

31.为什么要用W-PLUG?
在传统的溅射工艺中,铝的淀积容易出现阶梯覆盖不良的问题,因此不适合用于较高集成度的VLSI的生产中。相对来说W的熔点高,而且相对其他高熔点金属导电性好,且用CVD法制作的W的阶梯覆盖能力强。

32.MATAL LAYER 的三明治结构如何?各层作用如何?金属电迁移的影响?减小方法?
结构为Ti/TiN/AlCu/Ti/TiN  第一层Ti作为粘接层,TiN作为夹层防止上下层的材料交互扩散防止Al的电迁移 第二层Ti根据实际工艺需要决定其存在与否,TiN除具有防止电迁移的作用外还作为VIA蚀刻的STOP LAYER。

Al在大电流密度下容易产生金属离子电迁移的现象,使某些铝条形成空洞甚至断开,而在铝层的另一些区域生长晶须,导致电极短路。

减小方法在上下加上BARRIER LAYER,在Al中加入Cu.


 33。IMD 与 ILD 有什么不同,WHY?
ILD的结构为SION/SABP-TEOS/PETEOS,IMD的结构为HDPTEOS/PETEOS
SION 的作用为CONTACT ETCH 的STOP LAYER 在ILD 中不用HDPTEOS 是因为ILD
离器件的表面太近容易产生损伤。


 34.在VIA GLUE LAYER 生长之前 ETCH 130A 的作用?
去掉底面金属表层的NATIVE OX.


 35.METAL 6 AlCu DEPTH 为什么要变厚?
因为上层的电流比较大,到了下面的金属层电流由于分流作用会减小。


 36.PASSIVATION 中PE-SION 和PE-SIN 的作用?
由于SIN的应力较大,所以加一层PE-SION 作为PAD.SIN 作为钝化层,对H2O与Na的强烈阻挡作用,可实现SiO2无法掩蔽Al, Ga,In等杂质的扩散。


 37.SN+/SP+ IMP 为什么要进行两次?
两次注入的能量和剂量都不同,降低S/D与WELL之间浓度梯度,减小leakage.


 38.LPCVD和PECVD的SiN的不同?
LPCVD 淀积的SiN有很大的应力不宜过厚,PECVD SIN 应力不会太大 厚度可以做的大些PECVD NIT 的结构要疏松一些。


 39、KV PHOTO 的作用是什么,其具体在FLOW的什么位置?
答:KV PHOTO 的位置在形成STI后,去掉STI PAD OXIDE 后做KV PHOTO的 。其目的是刻掉SCRUBE LANE(划片槽)上的沾污和不透光的物质,以便在后面作ALIGNMENT对准处理。If the alignment mark can be seen easily,this process will be remove.


40、GAIE OXIDE 是用什么方式生长的?为什么? 
 答:GATE OXIDE是先用湿氧氧化,然后用DRY OXIDE的方式形成的。DRY OXIDE 生长的氧化物结构、质地、均匀性均比WET OXIDE好,但用WET OXIDE 形成的氧化物的TDBB比较长。TDBB即TIME DEPENDENT
DIELECTRIC BREAKDOWN,其是用于评估氧化物寿命的参数。


41、N+ IMPLANT之后作ANNEAL处理,而P+ IMPLANT在淀积SAB后才
做ANNEAL,什么原因?试问两者是否可以调换顺序?
答:P+ IMPLANT的ANNEAL 在SAB形成之后,目的是用SAB掩盖于表
面以避免BORON在高温情况下溢出表面。两者的顺序不可调整,因为N+
IMPLANT注入的是P或AS,质量重,比较稳定。将其IMPLANT放在前面,
进行了两次退火,杂质的再分布比较小。相反P+ IMPLANT只作一次退火。

42、形成SALICIDE的工艺中,SELECTIVE ETCH的作用是什么,刻掉的是
什么物质?用什么化学药品?
答:在这里的SELECTIVE ETCH刻掉的是CO & TIN,以避免在其后的高温退火时造成短路。注意由于SAB对器件大小及性能没有影响,并没有被刻掉。这里ETCH所用的化学药品是M2,其成分是--- H3PO4:HNO3:CH3COOH=70:2:12(75℃)。

 

43、在形成CONTUCT W PLUG 后作一步ALLOY处理,请问有什么作用?在形成PASSIVATIAN后的作ALLOY又是什么目的?
答:第一次的ALLOY的条件是在450℃(90min)。其作用是修复在前道工艺中刻蚀等处理可能造成的损伤。由于形成CONTUCT时接近器件表面,要求比较高。第二次退火的作用相同。因为在后面的工艺距离器件表面比较远,所以在形成PASSIVATIAN后一步ALLOY即可。

 

44、在形成W PLUG 的GLUE LAYER时是用什么方法淀积TI?
答:0.18的制程的VIA的DESIGN RULE 比较高,为了使TI与IMD接触良好,在淀积TI时,要求TI陡直地附在VIA侧壁及良好的底部覆盖。这里用离子化金属电浆(IMP)工艺淀积。其优点是可以获得较低且均匀分布的电阻值,同时在淀积较小的厚度下仍可达到所需的底部覆盖,从而减少淀积时间,提高产能率。


45、在HDP PASSIVATIAN PHOTO 前为何没有CMP步骤?
答:若不作CMP 处理,PASSIVAON表面将不平整,在其后的PHOTO时,将影响PHOTO的对准。由于对BOND PAD 外接引线不要求很高,所以由PHOTO时的偏差在这里不予考虑。


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