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半導體乾蝕刻技術

日本生產工程權威獎項得主力作,圖解與表格詳實,帶領工程師掌握半導體乾蝕刻技術的全貌,提升現場即戰力。
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2015年4月份新書推薦  
【書名】半導體乾蝕刻技術
◎作者:野尻一男 
◎譯者:倪志榮
◎開本:菊16開(14.8x21cm)
◎頁數:176
◎單/彩色:單色
◎裝訂:平裝
◎定價:250
◎ISBN:9789863581291
◎EAN:9789863581291
◎CIP:448.65 104000058
◎語言:繁體中文
◎出版日期:2015年3月
◎出版社:白象文化
◎類別:人文科普
日本生產工程權威獎項得主力作,圖解與表格詳實,帶領工程師掌握半導體乾蝕刻技術的全貌,提升現場即戰力。
【本書特色】
【本書簡介】
◎作者於1989年,以「有磁場微波電漿蝕刻技術的開發與實用化」受獎大河內紀念賞。1994年,以「低溫乾蝕刻設備的開發」受獎機械振興協會賞通產大臣賞。
◎圖解乾蝕刻技術的原理與實務,讓你一讀即懂。
◎由製程直到設備、新技術,更進一步設置有關電漿損傷的章節,以便理解全貌並了解乾蝕刻今後的課題與展望。


針對半導體乾蝕刻技術涉及的電漿物理、化學、材料、電磁等複雜現象,循序解析,詳解各環節的連帶影響,提升現場即時應變的作戰能力,為優秀工程師養成必備的工具書!

非等向性蝕刻是如何實現?為何Si的蝕刻使用Cl2及HBr,而SiO2的蝕刻則使用氟碳系列的氣體?為何Poly-Si及Al的蝕刻使用ICP(電感耦合式電漿)之類的高密度電漿,而SiO2的蝕刻則使用中密度電漿於間距狹窄的平行板型蝕刻機?
本書告訴你這些連現場資深乾蝕刻工程師都不見得充分理解的知識。
從乾蝕刻技術的基礎講到應用,讓初學者容易理解與整理;對於已有程度、經驗的工程師而言,讀之更加能理解、掌握乾蝕刻技術的全貌。

《半導體乾蝕刻技術》精彩內容請看http://www.pressstore.com.tw/freereading/9789863581291.pdf
【作者簡介】
■作者簡介
野尻一男(Nojiri Kazuo)

■1973年 群馬大學工學部電子工學科畢業。
■1975年 群馬大學大學院工學研究科碩士課程修畢。
■1975年 進入日立製作所。在半導體事業部從事CVD、元件整合、乾蝕刻的研究開發。尤其是關於ECR電漿蝕刻、充電損傷,進行先驅的研究。而且擔任技術開發的領導,歷任許多經理職務。
■2000年 進入Lam Research公司擔任董事•CTO至今。

主要受獎
■1989年 以「有磁場微波電漿蝕刻技術的開發與實用化」受獎大河內紀念賞。
■1994年 以「低溫乾蝕刻設備的開發」受獎機械振興協會賞通產大臣賞。

主要著作
《先端電気化学》(丸善)共著
《半導体プロセスにおけるチャージング・ダメージ》(リアライズ社)共著


■譯者簡介
倪志榮(Ni, Chih-Jung)

■1988年 國立清華大學畢業
■1991年 中日交流協會留日獎學生
■1993年 日本東京大學工學院碩士
■2014年 中部科學園區模範勞工
■曾任地球村美日語中心日語講師

現職華邦電子公司模組技術發展部經理,從事DRAM與Flash的製程研發。
【推薦序】
無。
【作者序】
作者序
乾蝕刻技術作為半導體元件的微縮、高積體化的手段,與微影技術構成雙璧的關鍵技術,所參與的工程師人數也幾乎與微影相同的多。微影技術由於解析度取決於光波長和NA(透鏡的數值孔徑),比較容易理解。相對而言,乾蝕刻技術在反應室引起的現象複雜而不容易理解。此外,由於蝕刻是利用電漿的物理、化學反應進行,需要電力、物理、化學的綜合知識。演變的結果,實際上從事乾蝕刻的工程師在許多場合,仰賴著經驗和直覺做事。非等向性蝕刻是如何實現?為何Si的蝕刻使用Cl2及HBr,而SiO2的蝕刻則使用氟碳系列的氣體?為何Poly-Si及Al的蝕刻使用ICP(電感耦合式電漿)之類的高密度電漿,而SiO2的蝕刻則使用中密度電漿於間距狹窄的平行板型蝕刻機?關於這樣的事,很多初學者在不具備充分的理解及知識的情況下,突然就被送進了現場。而且,即使是乾蝕刻的資深工程師,也有並不充分理解這些事的例子。
乾蝕刻雖然往往處於隱藏在微影背後的地位,但卻是如同開頭所述與微影技術構成雙璧的關鍵技術。換言之,(l)Si、SiO2、金屬等,每種材料有特定的設備與製程技術;(2)Cu鑲嵌連線加工、新材料加工等,新的領域連續不斷的誕生;(3)使用帶電粒子的緣故所產生的電漿損傷,是降低元件良率的元凶,機制的闡明與對策是必要的;(4)當今熱門話題的雙重圖形定義,乾蝕刻比微影更為重要,左右尺寸大小的精度與偏差。因應如此各式各樣的材料,並且愈來愈高度化的加工技術,讓今後想要從事的工程師,應當對乾蝕刻技術具有充分的理解加以面對,並且需求針對初學者的教科書。
本書採用與以往書籍相異的獨特方法,將乾蝕刻技術由基礎到應用,讓初學者能夠理解的加以歸納整理。以往的乾蝕刻書籍,大多動輒偏重於艱深的電漿理論,或是反而從頭到尾羅列乾蝕刻技術的數據。本書的執筆則是盡量不使用數學式,讓初學者也能容易的理解乾蝕刻的機制。此外,由製程直到設備、新技術,考量能系統的理解。更進一步,設置電漿損傷的章節,以便能夠理解全貌,也是特徵之一。
本書不僅讓初學者能容易的理解乾蝕刻技術的原理,也能獲得更切實際的知識。此外,雖然以初學者為對象撰寫,但是對於已經累積某種程度經驗的工程師,在能夠理解乾蝕刻技術的全貌上,期望也能有所助益。本書若能對從事乾蝕刻相關工作的工程師,在工作的執行上給予方針,至感甚幸。
野尻一男
【目錄】
序言

譯者序

第1章 半導體積體電路的發展與乾蝕刻技術
1.1 乾蝕刻的概要
1.2 關於乾蝕刻的評鑑參數
1.3 在大型積體電路上乾蝕刻技術所扮演的角色
參考文獻

第2章 乾蝕刻的機制
2.1 電漿的基礎
1 電漿是什麼
2 電漿的各物理量
3 電漿中的碰撞反應過程
2.2 離子鞘以及離子鞘內的離子行為
1 離子鞘與Vdc
2 離子鞘內的離子散射
2.3 蝕刻製程的建構方法
1 乾蝕刻的反應過程
2 非等向性蝕刻的機制
3 側壁保護過程
4 蝕刻率
5 選擇比
6 總結
參考文獻

第3章 各種材料的蝕刻
3.1 閘極蝕刻
1 Poly-Si閘極蝕刻
2 晶圓面內CD均勻度的控制
3 WSi2/Poly-Si閘極蝕刻
4 W/WN/Poly-Si閘極蝕刻
5 Si基板的蝕刻
3.2 SiO2蝕刻
1 SiO2蝕刻的機制
2 SiO2蝕刻的關鍵參數
3 孔洞系列的蝕刻
4 SAC蝕刻
5 Spacer蝕刻
3.3 連線蝕刻
1 Al連線蝕刻
2 Al連線的防腐蝕處理技術
3 其它連線材料的蝕刻
3.4 總結
參考文獻

第4章 乾蝕刻設備
4.1 乾蝕刻設備的歷史
4.2 圓筒型電漿蝕刻機
4.3 CCP電漿蝕刻機
4.4 磁電管RIE
4.5 ECR電漿蝕刻機
4.6 ICP電漿蝕刻機
4.7 乾蝕刻設備的實例
4.8 靜電吸盤
1 靜電吸盤的種類以及吸附原理
2 晶圓溫度控制的原理
參考文獻

第5章 乾蝕刻損傷
5.1 導入Si表層的損傷
5.2 充電損傷
1 充電損傷的評鑑方法
2 充電的發生機制
3 各種蝕刻設備的充電評鑑與減低方法
4 起因於圖形的閘極氧化層破壞
參考文獻

第6章 新蝕刻技術
6.1 Cu 鑲嵌蝕刻
6.2 Low-k蝕刻
6.3 使用多孔型Low-k的鑲嵌連線
6.4 金屬閘極/High-k蝕刻
6.5 FinFET蝕刻
6.6 雙重圖形定義
6.7 用於3D IC的蝕刻技術
參考文獻

第7章 乾蝕刻技術今後的課題與展望
7.1 關於乾蝕刻的技術革新
7.2 今後的課題與展望
7.3 作為工程師的心理準備
參考文獻
【試讀】
第3章 各種材料的蝕刻
在本章,針對實際被使用於半導體製造程序的材料的蝕刻作解說。關於半導體製程的蝕刻大致分為:(1)Si系列的蝕刻;(2)介電層系列的蝕刻;(3)連線材料的蝕刻。在本章,舉例在各範疇中構成基礎技術的閘極蝕刻、孔洞系列的SiO2蝕刻、間隙壁蝕刻以及Al合金層積金屬結構的蝕刻,針對這些作詳細說明。在此並不侷限於只是各論,關於支配蝕刻的參數及其控制方法,也能夠理解的作解說。構成方式是關於這些蝕刻如果能先加以理解,對於其它材料也能有效的應用。例如,在閘極蝕刻,雖然針對Poly-Si閘極、WSi2/Poly-Si閘極、W/WN/Poly-Si閘極的蝕刻敘述,但是如果完全的理解這些,關於STI及W連線等的蝕刻,也能夠以類似的途徑構築製程。而且在閘極蝕刻,不僅是加工形狀,晶圓面內的圖型尺寸的偏差該如何降低,也是強烈的被要求。關於這點,也從支配圖型尺寸的晶圓面內均勻度的參數為何,還有其控制方法為何的觀點,加以解說。
SiO2的蝕刻機制與Si系列不同,而且適合蝕刻的電漿也不同。因此在本章針對蝕刻機制,以及支配蝕刻的關鍵參數,也深入的解說,並且能夠理解氣體系統的構成方法,以及間距狹窄的平行板型蝕刻機被使用的理由等。
在Al連線蝕刻方面,也談論到在製造工程上造成問題的Al腐蝕,並且針對其對策方法作解說。此外,關於連線,取代Al連線的Cu鑲嵌連線技術目前已成為主流,關於這點則在第六章的「新蝕刻技術」中敘述。

3.1 閘極蝕刻
首先一開始針對閘極蝕刻作敘述。閘極蝕刻的工程流程如同已經在第一章的圖1-5所說明。閘極乃決定電晶體特性的重要部分,特別是由於MOS電晶體的臨界電壓(Vth)取決於閘極尺寸,蝕刻完成後的尺寸(CD)的控制非常重要。在65nm之後的節點,邏輯元件的物理上閘極長度變成在45nm以下,接近25nm。在該處,不僅是CD本身的精度,CD的晶圓面內的偏差也強烈的被要求抑制變低。例如,在CD為30nm的閘極,就300mm晶圓面內的CD均勻度(3σ)而言,被要求須在3nm以下。蝕刻形狀理所當然被要求垂直形狀,而且,隨著微縮化的同時,對於愈來愈薄膜化的閘極氧化層,被要求須有高選擇比。就閘極材料而言,在邏輯元件是Poly-Si,而在DRAM則是WSi2/Poly-Si或W/WN/Poly-Si層積結構被使用中。

❶Poly-Si閘極蝕刻
在以前,氟氯化碳氣體也就是氟利昂(Freon)系列的氣體被廣泛使用於閘極蝕刻1)。然而,使用氟氯化碳時如下所述,由於氣體中的碳促進SiO2的蝕刻,使得對閘極氧化層難以獲得高選擇比。而且,由於所謂的環境問題,已經使得特定的氟利昂不能使用。在這樣的背景下,目前一般已經使用Cl系列及Br系列的氣體。具體而言,就是以Cl2及HBr為基礎的氣體系統。如同在第二章的2.3❷所述,由於Cl系列及Br系列的氣體容易獲得非等向性形狀,有利於獲得垂直的加工形狀。而且如同以下所說明,也能夠對底材的閘極氧化層獲得高選擇比。

以上內容節錄於《半導體乾蝕刻技術》,野尻一男/著 倪志榮/譯,白象文化出版
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