半導體乾蝕刻技術 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 工藝技術

　　日本生産工程權威奬項得主力作，圖解與錶格詳實，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。

　　◎作者於1989年，以「有磁場微波電漿蝕刻技術的開發與實用化」受奬大河內紀念賞。1994年，以「低溫乾蝕刻設備的開發」受奬機械振興協會賞通産大臣賞。
　　◎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，以便理解全貌並瞭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、電磁等復雜現象，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！

　　非等嚮性蝕刻是如何實現？為何Si的蝕刻使用Cl2及HBr，而SiO2的蝕刻則使用氟碳係列的氣體？為何Poly-Si及Al的蝕刻使用ICP（電感耦閤式電漿）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闆型蝕刻機？

　　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：www.pressstore.com.tw/freereading/9789863581291.pdf

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、元件整閤、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，曆任許多經理職務。
　　■2000年　進入Lam Research公司擔任董事‧CTO至今。

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

　　主要著作
　　《先端電氣化學》（丸善）共著
　　《半導體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

倪誌榮（Ni, Chih-Jung)

　　■1988年　國立清華大學畢業
　　■1991年　中日交流協會留日奬學生
　　■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。

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　乾蝕刻的機製
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 非等嚮性蝕刻的機製
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 晶圓麵內CD均勻度的控製
3 WSi2／Poly-Si閘極蝕刻
4 W／WN／Poly-Si閘極蝕刻
5 Si基闆的蝕刻
3.2 SiO2蝕刻
1 SiO2蝕刻的機製
2 SiO2蝕刻的關鍵參數
3 孔洞係列的蝕刻
4 SAC蝕刻
5 Spacer蝕刻
3.3 連綫蝕刻
1 Al連綫蝕刻
2 Al連綫的防腐蝕處理技術
3 其它連綫材料的蝕刻
3.4 總結
參考文獻

第４章　乾蝕刻設備
4.1 乾蝕刻設備的曆史
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 晶圓溫度控製的原理
參考文獻

第５章　乾蝕刻損傷
5.1 導入Si錶層的損傷
5.2 充電損傷
1 充電損傷的評鑑方法
2 充電的發生機製
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的鑲嵌連綫
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

自序

　　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復雜而不容易理解。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、化學的綜閤知識。演變的結果，實際上從事乾蝕刻的工程師在許多場閤，仰賴著經驗和直覺做事。非等嚮性蝕刻是如何實現？為何Si的蝕刻使用Cl2及HBr，而SiO2的蝕刻則使用氟碳係列的氣體？為何Poly-Si及Al的蝕刻使用ICP（電感耦閤式電漿）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闆型蝕刻機？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，突然就被送進瞭現場。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鑲嵌連綫加工、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産生的電漿損傷，是降低元件良率的元凶，機製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麵對，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製。此外，由製程直到設備、新技術，考量能係統的理解。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，但是對於已經纍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。


譯者序

　　譯者就職華邦電子前，曾任職於峰安金屬、林陽實業以及遠東紡織化縴總廠。當有機會聊到自己過去的職涯時，偶而會調侃自己待過金屬、玻璃、紡織、電子等四大産業，剩下養豬業還沒去過（莞爾）。根據個人親身經曆，在電子産業中，光是晶圓廠的半導體前段製程就遠比上述其他三種産業復雜，而且技術的躍進更是日新月異。如果不求進步或轉型，恐怕隻有等著關廠、解散一途。

　　迴顧1996年譯者初進半導體業，當時DRAM的量産是以0.45微米技術生産16MB記憶容量的晶片，而如今泛用型DRAM已經使用25奈米的技術量産2GB以上記憶容量的晶片，18年來推進瞭12個世代。

　　除瞭DRAM之外，其它諸如NOR與NAND等大宗的記憶體，以及颱灣傲視全球的晶圓代工産業的主力──邏輯IC，也是不遑多讓的朝嚮微縮、積體化邁進。如同本書所述，其中尤以微影和乾蝕刻為關鍵技術，而乾蝕刻由於牽涉到電漿物理、化學、材料、電磁等復雜的現象，優秀工程師的養成更屬不易。

　　本書作者具有豐富的業界經驗，深知工程師在專業知識上的需求為何。原書的英文譯本《Dry Etching Technology for Semiconductors》也於2014年10月齣版。希望本中文譯本能在半導體乾蝕刻工程師的基礎教育上，略盡棉薄之力。

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緻分為：(1)Si係列的蝕刻；(2）介電層係列的蝕刻；(3）連綫材料的蝕刻。在本章，舉例在各範疇中構成基礎技術的閘極蝕刻、孔洞係列的SiO2蝕刻、間隙壁蝕刻以及Al閤金層積金屬結構的蝕刻，針對這些作詳細說明。在此並不侷限於隻是各論，關於支配蝕刻的參數及其控製方法，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連綫等的蝕刻，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，晶圓麵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麵內均勻度的參數為何，還有其控製方法為何的觀點，加以解說。
 
SiO2的蝕刻機製與Si係列不同，而且適閤蝕刻的電漿也不同。因此在本章針對蝕刻機製，以及支配蝕刻的關鍵參數，也深入的解說，並且能夠理解氣體係統的構成方法，以及間距狹窄的平行闆型蝕刻機被使用的理由等。
 
在Al連綫蝕刻方麵，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，關於連綫，取代Al連綫的Cu鑲嵌連綫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，特彆是由於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）的控製非常重要。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的晶圓麵內的偏差也強烈的被要求抑製變低。例如，在CD為30nm的閘極，就300mm晶圓麵內的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。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我最初買《半導體乾蝕刻技術》這本書，是因為工作需要，但讀完之後，我發現它遠不止是一本工具書，更是一本引人入勝的科普讀物。作者的敘事風格非常獨特，他們將非常專業的技術內容，用一種抽絲剝繭的方式娓娓道來。書中不僅講解瞭各種蝕刻技術的原理，還穿插瞭大量的曆史發展過程，比如從最早的濕法蝕刻到乾法蝕刻的演變，以及不同技術流派的爭論和發展。這些曆史的沉澱，讓我對這項技術有瞭更深刻的理解，也更能體會到工程師們在技術發展道路上的艱辛和智慧。書中對於“設備可靠性”和“工藝可重復性”的強調，也讓我意識到，在半導體製造這樣高度精密的領域，每一個微小的細節都至關重要。我尤其喜歡書中在結尾部分對未來乾蝕刻技術發展方嚮的展望，比如對更高精度、更高效率、更環保蝕刻技術的探索，這讓我對半導體産業的未來充滿瞭期待。

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體乾蝕刻技術》簡直就是一本“乾貨”十足的寶典！我之前對乾蝕刻的理解，可能還停留在比較錶麵的層麵，知道它比濕蝕刻更精細，但具體是怎麼實現的，裏麵有多少門道，完全沒有概念。讀瞭這本書，我纔真正明白，原來一個簡單的“蝕刻”動作背後，涉及瞭多麼復雜的物理化學過程。書中對於等離子體診斷技術，例如Langmuir探針、Optical Emission Spectrometry (OES) 等的介紹，讓我對如何實時監測和控製蝕刻過程有瞭全新的認識。這些診斷工具不僅僅是實驗室裏的擺設，在實際生産綫上，它們是確保工藝穩定性的關鍵。而且，書中還深入探討瞭“金屬有機化閤物化學氣相沉積（MOCVD）”和“原子層沉積（ALD）”等輔助工藝在乾蝕刻過程中的協同作用，以及如何通過這些技術來解決一些傳統乾蝕刻難以剋服的難題。我特彆欣賞作者在講解這些復雜概念時，會用很多形象的比喻和生動的圖示，讓我在腦海中能夠勾勒齣整個工藝流程的畫麵感，而不是死記硬背那些枯燥的定義。

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體乾蝕刻技術》的封麵設計就相當吸引人，那種低飽和度的藍色配上銀色的標題字，給人一種專業、冷靜又帶點科技未來感的印象。翻開書，我立刻被它嚴謹的排版和清晰的圖錶所吸引。我本來以為這本書會充斥著晦澀難懂的化學式和物理公式，畢竟是半導體工藝嘛，聽起來就很硬核。但沒想到，作者用瞭一種非常易懂的方式來講解。他們從最基礎的等離子體發生原理講起，解釋瞭為什麼乾蝕刻比濕蝕刻在微米級甚至納米級的加工中更具優勢，比如更精確的圖形轉移、更低的側壁腐蝕等等。書中對各種蝕刻氣體，像是氟類、氯類氣體的特性，以及它們與不同材料（矽、二氧化矽、氮化矽等等）的反應機理，都做瞭非常細緻的梳理。而且，書裏還穿插瞭一些實際的工藝案例，比如在製造DRAM或NAND Flash中，乾蝕刻扮演的關鍵角色，這讓我這個在科技行業打拼多年的工程師，突然間對平時工作中接觸到的環節有瞭更深層次的理解。尤其是在介紹各種反應腔的設計，以及等離子體源（如CCP、ICP）對蝕刻速率和選擇性的影響時，我感覺就像是在聽一場大師級的講座，收獲滿滿。

评分☆☆☆☆☆

讀《半導體乾蝕刻技術》這本書，給我最深刻的感受就是它的“接地氣”。雖然是講解尖端技術，但作者並沒有像某些理論書籍那樣，一開始就拋齣一大堆抽象的概念。他們很聰明地從大傢比較熟悉的半導體製造流程入手，然後自然而然地引齣乾蝕刻在其中的必要性和不可替代性。書中對於各種乾蝕刻方法，比如反應離子蝕刻（RIE）、電感耦閤等離子體蝕刻（ICP-RIE）等，都進行瞭詳細的比較和分析。我尤其對書中關於“選擇比”和“各嚮異性”的討論印象深刻。作者通過大量的實驗數據和模擬結果，展示瞭如何通過調整工藝參數，比如等離子體功率、氣體流量、壓力、襯底溫度等，來優化蝕刻圖形的垂直度和側壁光滑度，這對於提升芯片的性能和良率至關重要。書中還提到瞭很多在實際生産中會遇到的問題，比如“光刻膠的剝離”、“反應腔的汙染”等等，並且給齣瞭相應的解決方案。這些內容對於我們這些在工廠一綫工作的技術人員來說，簡直就是寶貴的經驗分享，讓我覺得這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一位經驗豐富的前輩在傳授“獨門秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

作為一個對材料科學一直很感興趣的讀者，這本《半導體乾蝕刻技術》給瞭我很多意想不到的啓發。我原本以為這本書隻關注於“如何蝕刻”，但實際上，它更側重於“為什麼這樣做”以及“這樣做的後果”。書中對不同蝕刻工藝對材料微觀結構的影響，比如晶格損傷、錶麵形貌變化等，都有非常細緻的分析。我之前接觸過一些關於半導體材料的書籍，但它們更多地是描述材料本身的性質，而這本書則把材料和工藝緊密地結閤起來，讓我看到瞭材料在不同工藝條件下的“生命力”。尤其是在探討“刻蝕阻擋層”和“側壁保護層”的設計時，作者結閤瞭材料化學和界麵物理的知識，解釋瞭如何在蝕刻過程中保護不需要被移除的區域，同時又能精確地定義需要蝕刻的圖形。書中關於“納米壓印”等一些新興技術的提及，也讓我看到瞭未來半導體製造的發展趨勢，這本書的前瞻性讓我覺得非常超值。