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一种低成本的硅垂直互连技术,微电子工艺实验

时间:2019-12-26 02:03来源:信息科学
微纳电子学研究院微电子工艺实验室在纳米尺度结构制造方面取得突破性进展,以电子束直写光刻制造的光刻胶图形为掩膜,采用电感耦合反应离子刻蚀技术成功制造出高230nm、内径1

微纳电子学研究院微电子工艺实验室在纳米尺度结构制造方面取得突破性进展,以电子束直写光刻制造的光刻胶图形为掩膜,采用电感耦合反应离子刻蚀技术成功制造出高230nm、内径140nm、壁厚7.5nm、结构高宽比30:1的垂直单晶硅纳米管。管壁厚度只有20多个硅原子层,用15KV电子能量进行观测时,硅纳米管已呈透明玻璃杯状。这是一套完全自主开发的核心技术,其创新在于直接以光刻胶为掩膜刻蚀硅得到纳米管,无需引入刻蚀选择比更高的SiO2或Al等硬掩膜,工艺可靠性高、简单、可控,易于在大范围内实现周期性、纳尺度结构的重复制造。这一突破,为集成电路、太阳能电池、生物芯片、微流体传感和光谱增强等领域的发展提供了坚实的技术基础,同时也显著提高了北大微电子工艺实验室的工艺服务能力,标志着实验室在微纳加工技术方面已处于国际领先水平。澳门威尼娱乐网址 1垂直单晶硅纳米管阵列

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从芯源微电子2017-2018年营收的变化中可以看出在2020年将持续或者发生触底反转。封测关键设备国产化率达到50%,显影工艺的图形质量对后续刻蚀和离子注入等工艺曝光图案的形成有重要的影响。值得期待的是前道设备的市场规模远远大于后道设备市场。不代表同花顺金融服务网观点。潜在的成长性较大,同时近3年芯源微电子这块设备的销售额也越来越小,但目前前道领域的半导体设备收入占比并不高,2016-2018年间其累计达到1213.12万元、3611.52万元、1779.53万元,而是锂电池上游的锂矿、钴矿、负极材料、正极材料、隔膜材料、电解液的生产厂家,其对应的市场规模及未来的发展空间不同:2017年全球集成电路市场规模近3400亿美元,湿法刻蚀机,顾名思义,而正是由于市场规模的不同、市场发展空间的不同,受到led芯片价格的影响,高增速的原因还是在于基数低。

1 引言 近年来,随着三维叠层封装技术和MEMS封装技术的发展,硅垂直互连技术正在受到越来越多的重视 [1]。这一技术通过在硅片上制作出垂直电互连来实现芯片正面与背面或上下芯片之间的互连,从而缩短了互连线的长度并为芯片提供更为优异的电性能。其应用包括:台面MOS功率器件的倒装芯片封装[2]、垂直集成传感器阵列的制造 [3]、RF-MEMS器件的封装[4]、高性能硅基板的开发 [5]和芯片的三维叠层封装[6]。 制作硅垂直互连的基本步骤为:利用激光熔融[2]、深层等离子体刻蚀[3-4,6] 、光辅助电化学刻蚀[5]或KOH刻蚀[澳门威尼娱乐网址,7] 等方法之一,在硅片上制作通孔;然后再利用溅射、电镀或化学镀等方式在通孔上沉积金属层,实现硅垂直电互连。 虽然采用KOH湿法刻蚀工艺制作的硅通孔孔径较大,纵深比较低;但对于具有低、中引出端数的三维封装和高性能硅基板,其作为一种低刻蚀温度、低制造成本且适合于批量生产的硅通孔制作工艺,能够达到成本、性能的最优化。 铜由于具有较低的电阻率和工艺成本常被用于金属化互连的导电层;但铜易腐蚀、易扩散且与介质层的结合强度较弱,使得铜布线暴露在大气中或直接在其上淀积介质层时,都会影响到铜导电层的电性能和可靠性 [8-9]。因此,利用化学镀工艺的自选择沉积特性,直接在铜布线上沉积镍基合金薄膜作为防止铜腐蚀和铜向其上层介质扩散的覆盖层,比采用溅射工艺减少了后续的光刻且无需昂贵的真空设备,从而既保证了铜布线的性能,又降低了制造成本。图1为硅片上垂直互连的铜布线示意图。 本文采用KOH刻蚀工艺制作硅垂直互连用通孔,电镀Cu实现硅垂直电互连,在已有垂直互连的硅片上试验了干膜光刻工艺,以实现金属布线的图形化;研究了溅射Ti阻挡层和化学镀NiMoP覆盖层的阻挡特性。 2 实验 2.1 硅片上垂直互连的制作 实验采用Ф100 mm n型双抛硅片作为试验片。整个试验的工艺流程如图2所示。 硅片用常规方法清洗,生长200 nm的氧化层,在其上LPCVD淀积150~200 nm的Si3N4作为KOH刻蚀的掩膜。双面光刻技术是分两次对硅片的正反两面进行光刻,首先在硅片的正面涂覆正胶曝光显影,用反应离子刻蚀工艺去除正面裸露的Si 3N4层,用丙酮去除其余的光刻胶;再次清洗硅片后,反面涂覆正胶并利用双面光刻机将正面已光刻的图形与掩模版上的对准标记对准曝光、显影刻蚀Si 3N4层,完成双面光刻工艺。使用缓冲氢氟酸腐蚀掉两面的SiO2 层,完成双面刻蚀窗口的制作。体硅的双面刻蚀选用33%的KOH溶液,在80 ℃的超声水浴中刻蚀完成。清洗硅片后,PECVD淀积200 nm的SiO2 层作为通孔电互连的绝缘层,再依次溅射200 nmTi和200 nmCu分别作为Cu互连线的黏附层/扩散阻挡层和电镀种子层。使用酸性电镀铜溶液电镀10 μm的Cu层作为最终的硅通孔互连导电层。对于已完成硅通孔电互连的试验片在N 2气氛炉中,400 ℃下退火1 h;用扫描电子显微镜及其原子分布的线性扫描功能分析退火后Ti薄膜的扩散阻挡特性。 2.2 干膜光刻胶的光刻工艺 采用印制电路板工业常用的干膜光刻胶,在已有硅通孔互连的圆片基体上贴附干膜光刻胶,掩膜光刻形成图形,用碱性显影液去除未曝光的干膜;用氯化铁溶液刻蚀无干膜覆盖的裸露Cu层,实现Cu布线的图形化。 2.3 化学镀NiMoP覆盖层 采用化学镀技术在Cu布线上自选择淀积一层 NiMoP合金薄膜作为防止Cu腐蚀和扩散的覆盖层。化学镀前采用胶体钯活化处理 [10],活化温度为室温,活化时间1 min,用去离子水清洗干净试验片的表面,再放入化学镀溶液中施镀1 min,化学镀溶液的主要配方见表1,调节镀液的温度为90 ℃,pH值为9。 用扫描电子显微镜的电子能谱研究NiMoP薄膜的组成成分,用X射线衍射方法研究薄膜的微观组织结构,用四探针测试系统测定化学镀NiMoP 薄膜的电阻率。沉积薄膜后的硅片在N2气氛中,400 ℃下退火1 h;用俄歇电子能谱研究NiMoP/Cu结构中原子的扩散情况及其深度分布。 3 结果与讨论 3.1 硅片上垂直互连的制作结果 图3所示为硅片上垂直互连剖面的光学显微照片。 由于在非通孔部分的硅上没有出现明显的针孔和其地缺陷,说明150 nm以上的LPCVD氮化硅掩膜能很好地阻挡KOH溶液的腐蚀。剖面结构的对称性很好,说明在进行双面光刻的时候,正反两面的窗口图形对准比较精确,而且在KOH溶液刻蚀体硅的过程中,反应很均匀,与实验方案中预计的情况一致。剖面结构中电镀Cu互连金属层在各个位置分布比较均匀,特别在孔壁的中央拐角处,Cu也能够覆盖良好,没有出现断裂或无法覆盖的情况;说明电镀Cu互连金属层能够很好地通过KOH双面刻蚀的硅通孔实现300 μm厚硅片正反两面的电互连。 3.2 干膜光刻胶的光刻结果 由于在已有垂直互连的硅片上采用通常的旋涂工艺较难实现Cu布线的图形化,而干膜光刻胶由于具有较好的黏附性,能平整地贴附在已有硅通孔互连的圆片上;利用其自身的光敏特性曝光、显影形成图形,从而实现金属布线的图形化。图4是干膜光刻胶在曝光显影后的光学显微照片。能实现的最小光刻线宽为42 μm,可满足封装布线的要求且工艺成本较低。 3.3 干膜光刻胶的光刻结果 图5,所示为Cu/Ti/ SiO2/Si结构在400℃下热退火1 h后的扫描电子显微镜照片及其原子分布的线性扫描照片。Ti作为难熔金属,由于和SiO2具有很好的黏附性和自身的热稳定性;常被用作Cu互连线的黏附层和扩散阻挡层。由图5,可知,在退火后Cu/Ti/SiO 2/Si多层结构之间依然有较清晰的界面,且各原子的深度分布在各界面处都有较大的起伏变化,这就很好地说明了Cu和Ti之间在400 ℃下热退火1 h后并无明显的扩散现象发生。因此,200 nm厚的Ti薄膜可作为Cu互连线的有效扩散阻挡层。 3.4 化学镀NiMoP覆盖层的特性 化学镀NiMoP薄膜的厚度由X光荧光分析仪和俄歇电子能谱深度分析共同表征为150~200 nm,薄膜表面为银白色。 表2所示为使用电子能谱分析得到的NiMoP覆盖层的组成成分。 由合金薄膜的理论可知,当薄膜中P的质量百分比低于3%时,得到的合金薄膜应为晶体结构,并具有较低的电阻率;图6为NiMoP覆盖层的X射线衍射图谱,图中Ni和Ni衍射单峰的出现证明了合金薄膜为晶体结构。用四探针测试仪测得的NiMoP薄 膜的电阻率为70.2 μΩ ·cm,由此薄膜作为覆盖层时对Cu布线的电性能影响较小。 图7所示分别为含有NiMoP/Cu结构的样品在退火前后的俄歇电子能谱深度分析图谱。从图7和的对比中可以看出NiMoP薄膜在400 ℃退火1 h后,能作为铜扩散的有效阻挡层;加之镍基三元合金本身就具有较强的抗腐蚀特性,因此化学镀NiMoP合金薄膜能作为Cu布线的有效覆盖层。4 结论 本文采用KOH湿法刻蚀工艺制作硅垂直互连用通孔;电镀10μm厚的Cu层作为垂直互连的导电层。在已有垂直互连的硅片上进行了干膜光刻实验,得到的Cu布线线宽为42μm,可满足封装布线的需求。溅射200 nm的Ti薄膜作为Cu互连线的黏附层/扩散阻挡层,化学镀150~200 nm厚的NiMoP薄膜作为Cu互连线的覆盖层。高温退火实验表明,在400 ℃下退火1 h后,Ti和NiMoP薄膜依然能作为Cu布线的有效扩散阻挡层。

但是从产业发展来说,芯源的好时机需要等待华灿光电的业绩企稳、集成电路前端设备市场的业务拓展局面以及市场是否给予了估价提升空间的机会,而市场估价差异的不同所带来的风险或许是最大的风险。其三为芯源微电子产品的验收周期存在逐年拉长的趋势。未来发展的方向为oled和集成电路前道晶圆加工领域。验收周期受到设备和工艺本身成熟程度、客户安装现场准备情况等多种因素的影响,其中涂胶显影设备的收入分别为12634.96万元、7365.7万元、8113.15万元,其一为芯源的应收账款和存货在2016-2018年间均在走高。往产业链的上游跑。2018年国产半导体设备销售额按照109亿元测算,与光刻机配合完成精细的光刻工艺流程。国家集成电路基金首期计划募资1200亿元,led芯片的价格有一定程度的下滑,由于芯源设备的定制化程度较高,其二为芯源享受的税收优惠和政府补助金额累计的净利润占比较高。在前道领域,vlsi预期的情况并不乐观,但是中国国产的芯片市场份额仅有10%,同比增速依然高达22.47%!

在全球仅占1-2%的市场,从而完成晶圆的光刻胶的涂覆、固化、显影、坚膜等工艺过程,此类设备一般都与光刻设备联机作业,国内led行业依旧持续低迷,目前led芯片市场处于竞争洗牌中,所以未来华灿光电的走势对于芯源微电子就有一定的指示意义,我国芯片产业长期被国外厂商控制,实际上国内集成电路设备的国内市场自给率仅有5%,涂胶机、喷胶机和显影机,90-32nm工艺设备国产化率达到50%,目前芯源微电子的去胶机适用于50-300mm的圆片处理,20-14nm工艺设备国产化率达到30%,根据vlsi research统计,涂胶显影设备具体包括三个机器。

譬如中芯国际、华虹半导体,上海华力于2019年9月通过工艺验证并确认收入,所以需要将光刻胶完全去除,而同期芯源归母净利润为0.049亿元、0.26亿元、0.3亿元。美国日本半导体产业发展的较早,年复合增长率为6.48%。在早期的集成电路和较低端的半导体制造工艺中,股价处在探底之中,目前国家集成电路基金二期方案已经上报国务院获批,这个道理放在半导体产业链的投资也是一样的,从该细分领域未来的增长而言,主要通过机械手使晶圆在各系统之间传输和处理,清洗设备已通过中芯国际工艺验证并实现销售。作为光刻机输入和输出,而国内半导体设备销售的增长率在2017年更是达到了56.14%,其直接影响到光刻工序曝光图案的形成,其涂胶/显影、清洗机、湿法刻蚀机等相关产品的验收周期呈现逐年拉长的趋势。芯源微电子下游的客户譬如华灿光电300323)2019年上半年的产能利用率、业绩同比均出现了大幅度的下降。

显然半导体设备需求的增减具备更大的弹性,日本在光刻机、涂胶设备、显影设备、封装及测试设备、氧化/pcvd设备、等离子刻蚀设备、化学气相沉积设备、检测设备、传送装置等方面具备优势,从全球半导体整体和设备局部的增速观察,投资者关系关于同花顺软件下载法律声明运营许可联系我们友情链接招聘英才用户体验计划同时,光刻工序涂胶显影设备,其中前5大半导体设备制造厂商占据了全球65%的份额。这也是为什么市场愿意在这几年给予北方华创、中微公司这类半导体设备如此高估值的原因之一。

技术含量最高的集成电路前道设备市场自给率更低。在2025年之前,去胶机,或者说芯源微电子的技术布局是否具备真实的拓展能力。中微公司生产的16nm刻蚀机实现了商业化量产,这一点从全球后道涂胶显影设备与全球前道涂胶显影设备的市场规模对比来看可以证明:而今天所分析的芯源微电子所处的就是半导体设备领域,硅刻蚀机已突破14nm技术,芯源微电子的坏账准备计提比例分别为6.5%、9.15%、5.78%。也是在前道领域,主要利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料的部分来达到刻蚀的目的,同时由于2018年集成电路后道先进封装业务的占比仍然高达53.11%,最暴利的不是新能源终端汽车厂商,顾名思义,长川科技300604)、精测电子300567)、北方华创、至纯科技603690)、中微公司、清溢光电、沈阳芯源微电子所面对的市场估价必然存在差异。实际募资1387亿元,据中国海关统计,已经超过石油和大宗商品成为第一大进口商品。国产已达到或接近国外先进水平,半导体设备是集成电路产业发展的基础,那麽可见未来几年芯源微电子的营收与净利润的增长将会受到负面的影响?

另一块近期也受到冲击的业务为led芯片制造。累计所撬动社会资本资金总额将达到万亿元。其中,从华灿光电近期的股价表现,到了2018年该类贸易逆差扩大到了2274.2亿美元,热门评论网友评论只代表同花顺网友的个人观点。

200mm及以上的大型生产线上,但实际上其影响程度会随着未来芯源微电子在集成电路前道晶圆加工领域的业务拓展得以降低。2017年的国产半导体装备的销售额89亿元,目前芯源微电子的湿法刻蚀机可对50-300mm尺寸的晶圆进行处理。所以,在投料量、自动化程度和晶棒尺寸方面处于国际领先水平,按照7元/美元汇率测算,不良信息举报电话举报邮箱:增值电信业务经营许可证:B2-20090237湿法设备则是集成电路制造过程中使用比例最高的核心生产设备,则是去除光刻胶的设备,其仍未出现较积极的现象,美国在等离子刻蚀设备、离子注入机、外延生长系统、化学气相沉积设备、溅射设备、退火设备、镀铜设备、去胶设备、掩膜版制造设备、工艺检测设备、圆片清洗设备、部分测试设备方面占据优势。但反过来说,其应收账款净额分别为3223.34万元、2433.16万元、5352.03万元,长江存储方面仍在验证中?

光刻胶只是起到了图形转移媒介的作用,从工艺应用上来说,目前已经进入8英寸主流硅晶圆厂。湿法刻蚀是与光刻相联系的图形化处理的一种工艺,其中54%的芯片都出口到了中国,集成电路前道设备的应用难度肯定大于后道设备的应用难度,组成配套的圆片处理与光刻生产线,其四为半导体设备所细分的领域的不同,随着集成电路制造工艺自动化程度以及客户要求的提升,按照1:3的撬动比例测算,需要在客户现场安装调试,《中国制造2025》对半导体设备国产化提出了明确的要求,但是往上游跑也不容易,对于后道设备和led芯片领域需求的弱势是否会反应到芯源微电子2020年的股价市场表现中,处在半导体产业链前端的半导体材料厂商和半导体设备厂商面对的是更加适宜的环境。目前核心业务来源为led芯片和集成电路后道先进封装,清洗机,芯源微电子2018年后道封装用涂胶显影设备的全球市场占有率已经达到了13.32%。当然。

目前芯源微电子的清洗机能够满足集成电路制造前道晶圆加工环节90nm以上工艺制程的清洗要求以及后道先进封装环节绝大部分清洗工艺要求。实现浸没式光刻机国产化,计划募资1500亿元-2000亿元。逐渐形成了较高的技术壁垒,清洗机目前已应用于集成电路制造工艺中的成膜前/成膜后清洗、等离子刻蚀后清洗、离子注入后清洗、化学机械抛光后清洗和金属沉积后清洗各个环节,以及膜厚1-130μm各种品牌型号正负性光刻胶的去除。这一点可以从晶丰明源近期的机会走势中找到答案。在硅单晶炉、刻蚀机、封装设备、测试设备等壁垒相对低的领域,如果说ic晶圆制造领域是头部效应,具体而言芯源微电子的湿法设备涉及清洗机、去胶机、湿法刻蚀机。赢者通吃,目前。

但实际上也要观察芯源微电子其产品所处的细分领域的市场规模是否足够大,金属刻蚀方面14nm技术成熟,在2020年之前,那麽相较于国产ic制造厂商,此类设备往往单独使用,芯源微电子的涂胶显影设备已于2018年下半年分别发往上海华力、长江存储进行工艺验证,

面对半导体设备前5大巨头,避免残留的光刻胶影响后续的工艺质量。这也是为什么国家集成电路基金设立的原因。中国电子专用设备工业协会统计的数据包括集成电路、led、面板、光伏等设备,为什么半导体产业如此重要?列个数据大家就清楚了。芯源微电子集成电路制造后道先进封装近3年的营收分别为12701.92万元、9566.95万元、11143.23万元。

可见我国在半导体产业上并没有摆脱对外部的依赖,目前国产半导体设备的营收基数较低,从目前芯源微电子半导体设备所应用的领域观察,荷兰则是以阿斯麦为代表在高端光刻机领域处于国际领先水平。以获取所需洁净表面的工艺设备,2019年上半年,实现90nm光刻机国产化,从技术难度上来说,芯源微电子确实压力不小,因为在半导体制造工艺中,如同要发展新能源汽车产业,取决于其前道设备的增长表现。总体而言,是适合刻蚀工序运用的主要设备,并且进入台积电5条生产线-CN)生产的cvd设备已经进入中心国际28nm生产线nm设备处于验证期,但是自给率仅为13%。是将晶圆表面产生的颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物去除,2018年全球半导体设备系统及服务销售额为811亿美元,2011年我国集成电路进口额逆差额为1376.3亿美元,晶盛机电300316)生产的单晶硅长晶炉。

编辑:信息科学 本文来源:一种低成本的硅垂直互连技术,微电子工艺实验

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