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控制半导体制造中HMDS的最佳方法

半导体是电子制造最令人迷人的领域之一。“成长”的能力几乎不可减少的小硅晶片上的集成电路元件使得可能令人难以置信的微粉化。该理论一直认为,随着芯片变小,其加工能力和速度将增加。过去半个世纪,这一直存在,即使这个公理正在进行一些有趣的痛苦,它的寿命是由于光刻的过程。

半导体的制造需要最大精度,当在蚀刻到硅晶片的集成电路(IC)内部发现的复杂图案时需要最精确的精度。整体的半导体制造过程是广泛的,深刻的复杂性,并且需要为高技能技术人员创建几种专业领域,以磨练该过程的非常特定的方面。

该方法开始于制剂的制剂,该硅锭切成直径约1/40的1/40的极薄,高度抛光的晶片中的切片。通过一系列抛光,化学蚀刻,加热和漂洗步骤来制备晶片的光刻法。这些用于清洁颗粒状,水分和有机杂质的硅,其可以妨碍与光刻胶粘合的晶片键合,这对于光刻工艺至关重要。

使抗蚀剂适当地粘附是半导体制造过程的关键方面。所有后续加工,如湿化学蚀刻,干蚀刻,电镀,严重依赖于抗蚀剂从晶片上剥离。如果在任何时候都有抗蚀剂剥离,损坏可能是非常昂贵的。

尽管显微镜晶体管建成成本的成本分数,但原材料和更大程度地,加工设备也是如此非常昂贵的

成品微芯片可以花费数百或数千美元的消费者,但如果建造数十或数百个芯片所需的晶片有一个问题,那么它的基础层的一个问题 - 这是排水管的相当大量的钱。

控制半导体寿命中的这个早期阶段涉及确保晶片清洁并且不含丝毫的化学污染。通过漂洗和表面操作技术,例如上面提到的技术以及使用粘合促进剂,晶片表面的粘合性被突出,并且可以通过正确的过程控制可靠地重复。

附着力是光刻技术的重要组成部分

在晶片上创建复杂的特征通常需要使用称为光刻的多步骤过程,一种印刷方法,其中采用UV光将图案传递到光敏表面上。然而,硅本身不是光敏,因此称为光致抗蚀剂的材料被施加到硅的表面上。光致抗蚀剂膜的施加需要在光敏涂层和硅衬底之间具有强粘合。

在前面的步骤期间,存在许多抗蚀剂粘附抗蚀剂或未充分除去的污染物。

例如,在切片阶段期间,由金刚石锯切割成硅锭而引起的颗粒以适当的厚度。由于晶片使用丙酮,异丙醇,二水和其他清洗剂和其他清洁剂如丙酮,异丙醇,DI水和其他清洁剂清洗,所以漂洗液体可能不适合施用,或者DI水可能不像希望那样纯净。

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表面也必须尽可能自由,所以烘烤热清洗通常用于中和许多污染物和氧化物。当晶片表面相当亲水的(有吸水)时,因此可以相对容易地氧化。抗蚀剂要求晶片具有更疏水的(防水剂)表面,以适当地粘附。烘烤处理在氧化晶片表面上破坏氧 - 氢(OH)键,该氧化晶片表面增加了表面的疏水性质。

在半导体制造中使用粘合促进剂

清洁晶片的目的是将表面达到其最纯净的状态;基本上,在表面上的分子仅是那些属于晶片材料的分子,并且在生产过程中没有添加的那些。

粘合促进剂确切的相反,其目的是为抗蚀剂提供不同的更具吸引力的表面。

二氧化硅(SIO2)或晶片通常由石英,玻璃或硅的形式构造的砂具有在暴露于大气湿度时形成极性OH键的天然氧化物,因为这种固有的亲水性。该特征意味着它对光致抗蚀剂的非极性或低极性分子表现出具有较差的亲和力。

为了使晶片表面疏水(防水性并因此光致抗蚀剂 - 吸引力),

非极性分子的粘附促进剂,如六甲基二硅氮烷(HMDS)或有机钛化合物可以化学结合在其上。

如何使用HMDS获得巨大的光致抗蚀剂粘附

当首先制造硅晶片时,水颗粒可以捕获在硅内,从而引起单个硅晶体中的缺陷。这些缺陷可以导致成品设备成本制造商的不需要的电气特性宝贵的时间和金钱。HMDS产生疏水涂层,疏水涂层,疏水涂层,从表面排斥水分子,帮助减少沿线失效的风险。虽然疏水性涂层适用于不需要的水分子,但它也适用于帮助制造商在过程中的另一个目的。

HMDS是一种底漆,用于涂层半导体之前的光刻胶剂粘附。HMDS与硅表面的OH分子形成强键,一旦沉积,它就会在表面留下甲基,这有助于与光刻胶形成强附着力。HMDS是半导体制造中的关键部件,它在硅晶片表面和光刻胶之间架起了一座有机分子到无机分子的桥梁。没有它,光刻胶就不能与晶圆形成牢固的键合。

自20世纪70年代以来以来,所有重要的HMD都已使用。HMDS的双重目的意味着实现良好的粘合性是绝对关键的,以确保光刻蚀刻完美的图案。自20世纪70年代以来,申请康普尔德的过程已经在很多次创新,它已成为半导体行业的最有影响力的过程之一,使制造商能够确保优质产品。

该过程最初在20世纪70年代开发,以确保脱水过程硅晶片在HMDS涂层之前进行。当发现晶片几乎没有足够脱水时,必须开发一个新的过程。在20世纪70年代中期,半导体专家开发了一种在大型加压烘箱中烘烤晶片的过程,其中晶片经历了一系列真空和加热气体的洪水以吹扫腔室和任何水分子的硅晶片。如果水分子没有从晶片中充分吹扫,则HMD将与水分子而不是硅结合,水分子将蒸发与其中的所有重要均质。

比尔·莫法特完善了这一过程产量工程系统以及半导体前端处理的开创性工程师。比尔和他的团队结束,经过一系列蒸气引发系统和HMDS沉积的实验,加压和氮气暴露的30分钟循环以及最终的HMDS引入是创造光致抗蚀剂在没有失效的情况下粘附的表面的理想选择。

在这个图像中,礼貌微生学,将简化版本的过程显示为SI的HMDS碎片化(CH3.3.覆盖表面和释放氨的群体(NH3.)。极性甲基产生抗蚀剂所需的疏水性。

HMD的沉积过程可以用几个不同的技术进行。一种常见的方法是以非常相似的方式使用自旋涂覆方法,以如何沉积抗蚀剂。不建议这种方法然而,由于HMDS厚层产生的蒸汽会给随后的涂层应用带来问题,而且不能提供可靠的抗蚀剂附着力。

另一种方法是使用真空沉积系统,例如是TA系列真空固化/蒸气素系统:58TA和310TA。真空吸入适量的HMDS。在是单位的侧面(如下所示)是一个大型试管,在填充有HMD的品脱体积上。是最终真空拉动是1托。然后打开向HMDS的阀门,并将特定量的清洁HMDS蒸汽拉入腔室中。室温下的HMDS蒸气压是14托,因此您可以在腔室中获得14吨HMD。这允许在表面上均匀且必须薄的HMD薄膜。

是 -  TA系列 - 真空固化

如何验证晶片表面预处理并预测HMDS涂层效果

HMDS有效地在晶片上创建一个疏水表面,增加了阻垢剂的润湿性(吸引力),然而,该过程只有通过清洁和处理形成的晶片表面才有效。验证晶圆表面的化学兼容性和HMDS的均匀涂层的存在,有助于制造商确保关键的光刻胶将粘附在底漆硅上。

nba直播欧宝 是测试抛光晶片的表面质量并验证HMDS涂层的存在的相对常见方式。传统的进行这些测试的方法在使用静止测筒仪的研究实验室中进行,这在有效且有助于收集重要数据,增加了更多的时间和成本,以昂贵且时间的时间。

Bill Moffat通过这种方式解释了过程控制对完美粘合的临界性,“光刻工程师面向不断请求向下尺寸。如果电路较小,则可以在晶圆上获得更多电路,更高的利润或更便宜的电路。这意味着这意味着增加需要控制粘合力。

“如果由于腐烂的抗腐蚀线路有一个小的控制损失,”Moffat说:“直到您创建的临界尺寸达到相同的大小,这无关紧要。1铣床晶体管不关心亚微米变化。亚微米晶体管可以被它摧毁。当我们寻找亚微米时,我们应该寻求使用接触角的控制来控制抗蚀剂粘附。“

随着近期手持式和自动接触角测量系统的进步,这些测试可以比以前可以更快地进行,比以前可以实现所需的控制Moffat的微米水平量。

该技术通过在晶片表面上沉积一滴液体,通常高纯净的水并测量液滴在表面上的程度。这可以表明它可以粘附到湿度涂层上,并且一旦涂覆涂层,就可以提供定量证据,即涂覆的表面适当地疏水以使光致抗蚀剂粘合得很好。

当液体分子与HMDS涂层接触时,液滴被排斥,因此它们限制成球形,导致非常大的接触角。抗蚀剂膜高度吸引到HMDS的疏水性,使接触角度测量是一种预测HMDS作为粘合促进剂的功能的安全方法。

掺杂晶片的疏水性通常取决于,与晶片经受HMDS蒸气的时间量比例。因为HMDS是极其疏水的,所以使用水接触角易于检测表面上的涂层量。如此,许多最突出的半导体制造商今天具有接触角要求,以验证晶圆上的适量HMD。

在比尔Moffat的实验期间,他发现在典型的硅晶片上,他设计的30分钟循环,他设计的表面具有75°接触角,这意味着表面足够疏水,足以对光致抗蚀剂具有高度吸引力。

HMDS涂层确保硅粘合牢固地用于光致抗蚀剂以允许精确的光刻法。精确的光刻对于我们越来越多的数字世界制造集成电路至关重要。采取快速,准确,可靠的测量是从制造过程中降低昂贵的浪费的完美方式。

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