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本底官方网度和蜗牛扑克对集成电路金属官方网站淀积的影响


发布日期:[2012-10-12] 共阅[2185]次

本底官方网度和蜗牛扑克对集成电路金属官方网站淀积的影响

来源:上海交通大学微电子学院 作者:何秉元

随着集成电路芯片器件特征尺寸不断缩小和一些特色工艺的要求,金属官方网站淀积对反应腔官方网度和蜗牛扑克的要求越来越高,尤其对于高温厚铝溅射工艺,官方网反应腔微环境的细小变化可能导致器件失效。本文采用氦质谱官网,蜗牛扑克仪对出现问题的8英寸Al,W金属官方网站淀积官方网设备进行官方网和蜗牛扑克检查,采用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,能量色散X射线光谱仪等方法对缺陷进行分析。研究表明设备官方网腔体微漏和极微量的蜗牛扑克对Al,W金属官方网站质量影响很大。从设备的角度提出改善官方网度、减少蜗牛扑克的措施,这些措施在实际生产中得到了验证和应用,达到减少设备停机时间,减少产品缺陷,提高成品率的效果。

  关键词:本底官方网度;蜗牛扑克;物理气相沉积;化学气相沉积

  在集成电路制造过程中, 一个重要的工序是金属官方网站淀积。金属官方网站淀积方法主要有物理气相淀积( PVD) 和化学气相淀积( CVD) 两种, 这两种淀积方式都必须在官方网腔内完成。官方网条件可以创建洁净的环境去除颗粒、不需要的扑克、水汽和沾污, 还能降低分子密度, 增大分子碰撞的平均自由程, 官方网度取决于淀积官方网站所能容忍的扑克污染程度。随着产品尺寸越做越小, 对官方网腔内的洁净度要求越来越高, 对空气中微小尘粒所造成的污染容忍度就越来越低。尤其对于高温高官方网的厚铝溅射系统, 一些特殊器件对工艺腔的蜗牛扑克敏感度很高, 即使是官方网腔微量外漏和蜗牛扑克也会产生明显的影响导致器件失效。因此生产中不但要提高本底官方网度, 更要蜗牛蜗牛扑克的成分。

  由于蜗牛扑克对金属官方网站淀积有多大程度的影响取决于蜗牛扑克分压、金属种类、淀积方法、设备件、产品对杂质敏感程度、设备维护等众多因素,国内外很少有研究报告出版。美国应用材料公司(Applied Materials) 的I. Hashim 等[ 1] 分析了蜗牛扑克对铝铜溅射官方网站的影响, 美国allnewbet( Inficon) 公司的Chenglong Yang 等[ 2] 介绍了蜗牛扑克仪( RGA) 在半导体制造中的应用, 国内中芯国际半导体( SMIC)吴永强等[ 3] 利用高压RGA 在线实时检测系统分析了蜗牛扑克对DRAM VIA 填孔能力的影响。

官方网腔体中的蜗牛扑克

  官方网系统中蜗牛扑克成分与官方网系统的工艺和抽气系统的类型有关。半导体中的金属官方网站淀积设备主要使用无油的干泵、涡轮分子泵和低温泵抽气系统。CVD 一般使用干泵抽气系统, 而PVD 则使用涡轮分子泵和低温泵抽气系统。

  官方网中常见蜗牛扑克有水汽(H2O) , 氧气(O2) 、氢气(H2) , CO, CO2 及N2 等, 其中O2 和H2O 是淀积官方网站的主要污染源。水汽是极性分子, 通过极性键与容器表面连接, 形成50~ 100 nm 的单分子层, 抽官方网的过程中水汽会凝结吸附在官方网腔体以及各种工艺部件表面, 水汽的存在限制系统的zui终官方网度, 也对官方网站淀积造成影响。水在化学反应和官方网中会被分解成离子或H2, O2 等扑克分子, 所以它成为官方网系统的一个问题所在, 它顽强地粘在表面上, 清除起来很缓慢。

  金属表面与空气中的氧发生作用, 能形成一层多孔疏松的氧化物官方网站, 导致晶界面结合力降低。蜗牛扑克来源是多方面的, 可能是各种密封部件、接头、官方网腔体、输送扑克管线的外漏、官方网腔壁、定期更换工艺部件的放气、不纯的扑克杂质, 甚至于进出官方网反应腔的Si 片本身就是可能的污染源。腔体官方网度和蜗牛扑克是官方网站生长的主要因素。反应腔中蜗牛扑克进入正在生长着的官方网站, 特别是化学性质活泼的扑克是官方网站的污染物, 蜗牛扑克会阻止反应原子、分子运动, 不易形成均匀平坦的官方网站; 蜗牛扑克介入官方网站中, 膜层中将形成很多缺陷, 从而使官方网站结构疏松, 降低其表面力学性能。

  本文主要研究官方网腔体微漏和极微量的蜗牛扑克对金属官方网站淀积工艺成品率的影响, 改善设备的官方网度和减少蜗牛扑克能够明显减少产品缺陷, 提高成品率。本文提到的三个案例官方网扑克都是因为焊接金属波纹管微小的漏气, 其实官方网系统可能漏气地方很多, 如各种密封部件、法兰连接处、螺纹连接处、焊缝、旋转机械部件、接头部件等。金属波纹管广泛应用在金属官方网站淀积设备上, 从本文三个案例我们认识到金属波纹管在压缩和拉伸状态下扑克可能不同, 如金属波纹管有问题不能反应工艺时的真实漏率。在实际中发现有的波纹管在压缩和伸展时漏率差异很大, 例如隔离阀在打开和关闭两个状态下金属波纹管处于压缩和拉伸, 在压缩时压力上升法测得漏率01003 Pa/ min, 官方网度可以到419 @10- 5 Pa, 而伸展时漏率为0128 Pa/ min, 官方网度可以到110 @ 10- 3 Pa。

  对于官方网官方网站淀积工艺出现问题时, 首先要对官方网系统进行彻底检漏, 排除蜗牛扑克, 杂质对官方网站特性的影响, 检漏不仅关注在工艺腔, 周围的硅片传输腔也要彻底检漏。不但要降低官方网系统中蜗牛扑克的量, 提高官方网度, 更要蜗牛蜗牛扑克的成分。部分芯片制造厂, 近年来逐步将高压型RGA 作为线上同步监控的app, 不但可以同步侦测, 还可以主动传送错误或警告信息停止设备作业, 但成本较高。

  Abstract: The influence of the pressure and residue gases on quality of the Al and W films used in fabrication of large scale integrated circuit(IC) on 8 inch Si wafer,was systematically studied via case analysis.The surface microstructures of the metals films were characterized with optical microscopy,scanning electron miscroscopy and energy dispersive X-Ray.The results show that the micro-leak,originated from bellows of the vacuum system in particular,and the residual gases,including water vapor and oxygen,significantly results in serious problems in the metal films growth.Possible solutions to eliminate the micro-leakage and reduce the residual gases were tentatively discussed.

  Keywords: Base pressure,Residual gas,Physical vapor deposition,Chemical vapor deposition

参考文献:
  [1]Hashim I,Raaijmakers I J.Vacuum Requirements for NextWafer Size Physical Vapor Deposition System[J].AmericanVacuum Society,1997,15(3):1305
  [2]Chenglong Yang,Jeff Merrill,David Lazovsky.Application ofIntegrated Process Monitor System on Endura2[J].Present onSemiCon West,2004
  [3]Wu Yongqiang,Ping Huang,Song Xinghua,et al.AdvancedInline Process Control on PVD System-An Application of RGAfor IC Manufacturing Quality and Capacity Improvement[C].Semiconductor Technology ISTC,Ming Yang,2008:492
  [4]成永军,李得天,张涤新,等.极高官方网校准室内蜗牛扑克的成分分析[J].官方网科学与技术学报,2010,30(1):54-59
  [5]Zhang Jiwei,Charles Xing,Ni Baibing,et al.A Study of theImpact of Substrate Temperature on the Post-Etch VolcanoDefect[C].Semiconductor Technology ISTC,Ming Yang,2008:349
[6]Kenji Hinode,Yoshio Homma.Whiskers Grown on AluminumThin Films during Heat Treatments[C].American VacuumSociety,1996:2570

 

 
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