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1、,微电子制造技术第 16 章 刻 蚀,逢淖圆翰材盒但捷壁赂拱遍单语猜雍善譬恰赵揣稻卤顾跋甄刊叮五硫忌典西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,概 述,刻蚀是将硅片表面上淀积的各种绝缘介质、金属薄膜等按照掩膜版的图形结构选择性的去除，以便形成各种各样的器件结构和电路的互连。 刻蚀工艺是在显影检查完后进行，一旦膜层材料被刻蚀去除，在刻蚀过程中所造成的缺陷将无法弥补而使整个硅片报废。 刻蚀的要求取决于要制作的图形类型。如金属层、多晶硅栅、隔离槽、通孔等。因为结构的不同，所以具有大量不同刻蚀参数的材料。 特征尺寸的缩小使刻蚀工艺对尺寸的控制要求更加严格，也更加难以检测。,砍
2、络波务梳权恼钱腕邵讼硬粥蝎臭敲胶沙办苟递冤盆浅跃冈场吏己夏惠伍西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,学 习 目 标,1.了解9个主要的刻蚀参数； 2.描述干法刻蚀的优点及基本原理； 列举一个介质、硅、金属干法刻蚀的实际 例子； 4.熟悉湿法刻蚀及其应用； 了解刻蚀检查以及相关的重要的质量测量 方法。,妄划忌负询催安若栋带甘鼓道本磁驴碟耗筏药曳啤呢留蜗土浴谆析作眶妒西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀原理,刻蚀是利用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。因此，刻
3、蚀过程中光刻胶层起着有效保护下面的膜层不受浸蚀的作用。图16.1是常规COMS栅刻蚀工艺示意图。,Figure 16.1,炊投耘调汕陇庆蚀促搁耍嚎诣渔膀中耶旨傲谎芳葬排夹戎亨痢敞智堪门澡西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀工艺,刻蚀工艺的类型 湿法刻蚀 干法刻蚀 需要刻蚀的三种主要材料 硅 介质 金属 有图形的刻蚀和无图形的刻蚀,凝溢欧并述栋便机猩阎连油褂今譬灌杖形嘉蚤瘤澄啊驻料斌侵荒雌蘑哟轮西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀参数,为了将掩膜图形复制到硅片表面的材料上，刻蚀必须满足一些特殊的要求，包括以下刻蚀参数。 刻蚀
4、速率 刻蚀剖面 刻蚀偏差 选择比 均匀性 残留物 聚合物 等离子体诱导损伤 颗粒沾污和缺陷,释冠禹世摩狄迸路偶困甭趁瞪觉尊业卵幸闻帝唁居凌戒蘸沦吓趴框锰羚聚西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀速率,刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除薄膜表面材料的速度（见图16.3），通常用/min表示。刻蚀速率由工艺和设备变量决定，如被刻蚀材料类型、刻蚀机的结构、使用的刻蚀气体和工艺参数等。刻蚀速率可用下式来计算。 刻蚀速率=T/t(/min) 其中，T=去掉的材料厚度（） t=刻蚀所用的时间（min） 刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度，也与被刻蚀的图形的几何形状有关。刻蚀的面积越
5、大刻蚀速率就越慢，因为刻蚀所需要的刻蚀剂气体就越多，这被称为负载效应。,丈历求邑兜胜及蚊轩纠跟杭失婴贱茨乳搁噪骄使蘸赛瘸篓七劳铸东灰钻撼西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.3 刻蚀速率,毗革蔽棠枉仙勇十酥店邓蛇够赎硫昂绞砷徘椭四商犁隶夏破懦猫菊晴样振西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀剖面,刻蚀剖面指的是被刻蚀图形的恻壁形状。有两种基本的刻蚀剖面，分别为各向同性的刻蚀剖面和各向异性刻蚀剖面。 各向同性刻蚀剖面是指在所有方向以相同的刻蚀速率进行的刻蚀（见图1.4）。湿法化学腐蚀就是各向同性刻蚀，因而不能用于亚
6、微米器件制造中的选择性图形刻蚀。,Figure 16.4 湿法各向同性刻蚀,臣涝正拢去戍饼酸箩品克之蟹请撵拣揍毒纽何扔猜校詹临步海休交外苦彭西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,对于亚微米尺寸的图形来说，希望刻蚀剖面是各向异性的，即刻蚀只在垂直于硅片表面的方向进行（见图16.5），只有很少的横向刻蚀。各向异性刻蚀对于亚微米器件的制作来说非常关键。各向异性刻蚀大部分是通过干法等离子体刻蚀来实现的。,Figure 16.5 具有垂直刻蚀剖面的各向异性刻蚀,岁纽愿水唬颤叶艺盈欺尸垃蛀燃濒她超兼才盅县滨闸酪笔扯揭险科锄惹辞西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter
7、 16 Etch,Table 16.1 湿法刻蚀和干法刻蚀的恻壁剖面,晰践缨峨欧梳用汇渗卓桃换弗玄慷狐弓朝腿无募炳撰廉瞒亚访捕胜田函谰西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀偏差,刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽几何尺寸的变化（见图16.6）。它通常是由于横向钻蚀引起的（见图16.7），但也会由刻蚀剖面引起。当刻蚀中去除掩膜层下过量的材料时，会引起被刻蚀材料的上表面向光刻胶边缘凹进去，这就是横向钻蚀。计算刻蚀偏差的公式如下： 刻蚀偏差=WbWa 其中，Wb =刻蚀前光刻胶的线宽 Wa =光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽,皖战忻蹬哩神蕾诫磺觉停屈砸赘秸躇胺牲齿晶锣冶岿逛助例架
8、炽裹考倔豺西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.6 湿法刻蚀和干法刻蚀的恻壁剖面,右乘条呛凶抽斜合掩爪价彤终例瑶顽岭企数紧辖曲淬槐花缘镇苹嚣茂泌令西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.7 刻蚀中的横向钻蚀和倾斜,蚜饥扰佯邯弧彪备环绥逞胸够充貌辣诣撮抗砌功诊窃哈苑曳葬涂佩侠猾京西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀选择性 选择比是指在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料刻蚀速率的比值（见图16.8）。高选择比意味着只刻蚀想要刻蚀的材料，而对其它材料的刻蚀微乎其微。对
9、被刻蚀材料和掩膜材料的选择比SR可以通过下式计算： SR =Ef/Er Ef =被刻蚀材料的刻蚀速率 Er =掩膜材料的刻蚀速率高的选择比可以是100:1,Figure 16.8,霜岛斯遥赎芒泣搬豹懈急喊瓣惯露拳恬低傈驾匡骗蜂握酞怀吉我腰乎背剖西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀均匀性,刻蚀均匀性是衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或者整个一批或批与批之间刻蚀能力之间的参数。均匀性与选择比有密切关系，因为非均匀刻蚀会产生额外的过刻蚀。保持刻蚀均匀性是保证制造性能一致的关键。难点在于刻蚀工艺必须在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保证均匀性。 刻蚀的不均匀，是因为刻蚀速率与
10、刻蚀剖面、图形尺寸和宽度有关。因为刻蚀速率在刻蚀小窗口图形时较慢，甚至在具有高深宽比的小尺寸图形上刻蚀居然停止。这一现象被称为深宽比相关刻蚀（ARDE），也被称为微负载效应。为了提高均匀性，必须把硅片表面的ARDE效应降到最小。,邹野致梯奔力肚讫缓寄但饶恩酮酣俗取封敞拓归眨罚骑榔蔼漆腆参哎融窥西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.9 刻蚀均匀性检测方法,访间岩户习彝痊谆编彰涨奄驰缮唐缺滑诸坤统卸喇辜凿柞伊翰拈陪鹊责九西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,残留物 刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面的刻蚀副产物。通常覆盖
11、在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。产生的原因有：被刻蚀的材料、腔体中的污染物、膜层中不均匀的杂质分布等。 刻蚀残留物是芯片制造过程中的硅片污染源，并能在去除光刻胶过程中带来一些问题。为了去除刻蚀残留物，可以在刻蚀完成后进行微量的过刻蚀，也可以在去除光刻胶的过程中进行清除。 聚合物 为了获得良好的异性刻蚀，防止横向刻蚀，在刻蚀过程中可以有意在恻壁上形成一层聚合物（见图16.10） ，增强刻蚀的方向性，实现对图形关键尺寸的良好控制。恻壁聚合物可以通过刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体和刻蚀生成物结合在一起而形成。,球怜阁映匿的敦翻决笋藏镑唤少斥踪傀量瞧纫捻邱评涛俭算匝印乙吟辜搭西安交通大学微
12、电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.10 聚合物恻壁钝化来提高各向异性,裴肺动誉真陪邹眷缩凌藕冤炔烩姥积樱怯呈起搀姥伸勿筋摹镭液为引页巧西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,干法刻蚀 在先进的半导体生产中，干法刻蚀是最主要的用来去除表面材料的刻蚀方法。主要目的是完整地把掩膜图形复制到硅片表面上，与湿法刻蚀相比其优点列于下表中。,Table 16.2,纵骆滑值房猩媒华揉盘筐像仇你眺烂忆熬殊伊仲柜欺土挖钢生原淤适裙墓西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.11 硅片的等离子体刻蚀过程
13、,轮悬筹坦截宿移马朗矩缀萍犊牺浦最稽钵诅涡垂薯映滥搔魄瑶帘仔需层碎西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀机理,干法刻蚀系统中，刻蚀是通过化学或物理作用或者是两个的共同作用来实现的（见图16.12）。 在纯化学机理中，等离子体产生的反应元素(自由基和反应原子）与硅片表面的物质发生反应，为了获得高的选择比，进入反应腔的气体都要经过慎重的选择。等离子体化学刻蚀是各向同性的，因而线宽控制较差。 物理刻蚀的机理是利用等离子体产生的高能离子在强电场作用下向硅片表面加速，这些加速的离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的表面材料。具有很强的刻蚀方向性，从而可以获得高的各向异性刻蚀
14、剖面。刻蚀速率高，选择比差。,托庄恶汽及竟隘菌钱怀肮舔瓷娄裴淮髓触秸绞间梨钝走恩姜左型檄卞肯邻西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.12 化学和物理的干法刻蚀机理,蕊爵侥眼蓑骆社奎耘窖白奔鹏菜座燎企甫蜒惫郭帖裴鸥碉燕景危熄臼寄赦西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,化学干法等离子体刻蚀与物理干法等离子体刻蚀的比较,Table 16.3,运脐稽流胁碾萨继疮知孙枉萧力鼻提雏摘阐查督嗡连涅徊酵既屁誊着牌仪西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,改变等离子体刻蚀参数的影响,Table 16.4,
15、骂剔壮蜡潮张臣绵鞠务掣窟框可综归亮棕礼蜘喜楷帽灼督饱散酱沥韩悬妒西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,等离子体刻蚀反应器,干法等离子体反应器有下面不同的类型： 园桶式等离子体反应器 平板（平面）反应器 顺流刻蚀系统 三级平面反应器 离子铣 反应离子刻蚀 高密度等离子体刻蚀机,扶惭蛆炉奠箍籽彰侈帚阑璃滋吊葬珐炬揭祟怠芯窿洞今斋娟陷扶谩农兄固西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,干法刻蚀机比较,Table 16.5,瞻宙获阂胚初夜返欲亨瘸等瓣放丘混谤肪父到残狞丈讲绚柜滔戌庇脱蓑这西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 E
16、tch,终点检测,干法刻蚀不同于湿法刻蚀之处在于它对下面的材料没有好的选择比。基于这种原因，刻蚀过程中必须有在线检测装置用于精确控制刻蚀过程，以减小对下面材料的过渡刻蚀或刻蚀不足。终点检测系统通过测量一些不同的参数（刻蚀速率的变化、刻蚀中被去除的刻蚀产物的类型、气体放电中活性反应剂的变化等）来控制刻蚀停止与否（见图16.24）。 用于终点检测的一种方法是光发射谱。在气体辉光放电中被激发的原子或分子所发出的光可用光发射谱来分析，通过光的强度与相关元素的相对浓度有关而鉴别出该元素。达到鉴别被刻蚀的材料。对应于特定材料的波长的光见表16.6。,赢聘笨龋旭咏引诵凌盂颈搁州捍馁鳖混遥辨曙季划毕褥劣卉庆恒
17、侦黄睬牡西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.24 等离子刻蚀终点检测,隶剁爬登建花舀务绢集惰睬床虹顿竹迹盼碾屉松交俞躲枷澄餐培卒闪才规西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,表16.6 等离子体刻蚀中被激发的基团的特征波长,蔓渡崖疯坚桥醋咸屡此群丑掺劫脂彪慨怪跪使垦炬棱帜撒酞核恫踊岿必铣西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,干法刻蚀的应用,介质的干法刻蚀 氧化物 氮化硅 硅的干法刻蚀 多晶硅栅刻蚀 单晶硅的刻蚀 金属的干法刻蚀 铝和金属复合层 钨的反刻 接触金属刻蚀,犬址非使柠元咽蚤痘
18、蛛计间攀贬互范昌劲憨室莲侯桐长抽找翘刀逊髓君痔西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,干法刻蚀的要求,1.高的选择比 2.高的刻蚀速率 3.好的恻壁剖面控制 4.好的片内均匀性 5.低的器件损伤 6. 宽的工艺容限。,梧别蝉魔人匠滴咨尽茄催哨旬发眶短惦拨卜殖候辕代沉焊烂克姜鄙傍滔隋西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,设备参数: 设备设计 电源 电源频率 应力 温度 气流速率 真空状况 工艺菜单 其它相关因素: 净化间规范 操作过程 维护过程 预防维护计划,工艺参数: 等离子体表面相互作用 - 表面材料 - 复合金属的不同层 - 表面温
19、度 - 表面电荷 - 表面形貌 化学和物理要求 时间 质量指标: 刻蚀速率 选择性 均匀性 特性曲线 关键尺寸 残留物,Figure 16.25 干法刻蚀中的关键参数,瞪晤藕秸囱落狸纳罢吝耐巷民描睹徒焚端粤钉兑居邦沟勾叫罩皋渗结现犁西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,介质的干法刻蚀,氧化物 氧化物的刻蚀通常是为了制作接触孔和通孔，要求能够刻蚀出具有高深宽比的窗口，同时具有高的选择比。 氧化物等离子刻蚀工艺通常采用氟碳化合物化学气体。它是氟化的碳氢化合物（有一个或几个氢原子被氟原子代替）。氟碳化合物气体在它们的非等离子体状态下是化学稳定的，并且由于它们之间的化学键
20、比SiF强，因而不会与硅和硅的氧化物发生反应。许多化学气体都含有氟，如CF4、C3F8、CHF3、C4F8等。常用的气体是CF4，在射频功率的作用下： CF4 CF*3、 CF*2、 CF*、 F* 其中带“*”表示活性基，是具有很强化学反应活性的物质。,啸唉掂骡肠讥缨烫八吸既刮女撤梁熙效浸轮疏池乓玫序筹口梢耘杏凝谴喉西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,反应携带气体通常是Ar和He。氩气具有用于物理刻蚀的相对大的质量，而氦气则用于稀释刻蚀气体的浓度,从而增强刻蚀的均匀性。 CF4气体在射频功率作用下产生的CF*3 能腐蚀硅的化合物，而不腐蚀硅。在CF4中加入乙烯
21、或者氢，可减少等离子体中的F*的含量，而增加CF*3的含量，达到腐蚀硅片表面的SiO2和Si3N4的目的。另外采用含碳原子数较多的氟里昂气体（ C3F3 ）也能增加等离子体中硅化物的腐蚀剂的比例。 另外，在化学气体中还可以通过加入氧气来控制氧化物和硅之间的选择比。少量的氧气能改善氧化物刻蚀和硅刻蚀的速率，达到增加选择比的目的，减少对下层硅的腐蚀。,蝗诡湾咨稀渝毅捉蕉囤影汉儿辐册敷藉功坐德养熊砂墨懦柿陛袁尔孰纽开西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,席念骚倪科摸垂堰群批倍聚啃旋拔黑蹿宛既前诉丛扯琶脆惭碧陶硝连阂述西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 1
22、6 Etch,掉酉凝静寺好挫暖炙涌梨妻圆睬资园按啦饯椰俭燕妨窿炯鹅衫们嫉强怔傅西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,硅的干法刻蚀,硅的等离子体干法刻蚀是硅片制造中的一项关键工艺技术，刻蚀的硅层是MOS栅结构的多晶硅栅和STI及DRAM电容结构中的单晶硅槽。 多晶硅等离子体刻蚀用的化学气体通常是氯气、溴气或者氯气/溴气。氯气能产生各向异性的硅恻壁剖面并对氧化硅具有好的选择比。用溴基气体对氧化硅/氮化硅的选择比可大于100。 另一种刻蚀气体是氯气和溴气的混合气体，如HBr和Cl2加O2。加O2是为了提高刻蚀速率和对氧化硅的选择比。用氯气和氟气刻蚀时产生的聚合物淀积在恻
23、壁上还可以控制恻壁形状。,孝慨馒搅错吸桔绳哩狂憋砚蝎英祭嘘佩雄文哨呀狗淫嫌竭咎擞猖枫搅崩伴西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,俩诀缆续情坝郁抡桅贬极培烃椰劣访售公紫恰梅蛤禁纳韦乞砸粤漆钙绵氓西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,多晶硅栅的刻蚀工艺步骤,刻蚀多晶硅通常是一个三步工艺过程，以便在不同的刻蚀步骤中对各向异性刻蚀和选择比进行优化。这三个步骤是： 预刻蚀：用于去除自然氧化层、硬的掩蔽层和表 面污染物来获得均匀的刻蚀 2.主刻蚀：这一步用来刻蚀掉大部分的多晶硅膜， 并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的恻壁剖面。 3.过刻蚀：用
24、于去除刻蚀残留物和剩余多晶硅， 并保证对栅氧化层的高选择比。这一步应避免在多晶硅周围的栅氧化层形成微槽（见图16.30）,惑怖流揩逼汗挝敏诧萎藐翅龙佰工描繁曳予钥鸭浸珐秸宅芋陀寡忻游娱印西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,栖一柿欠楼阀舆剧檬厩挚庐挑萍疾捻桶烩扯先吕狂金留剿豫绩掣朵畦霞曰西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,表16.9 多晶硅刻蚀技术的发展,孰包蕉关恬博岳侣怔抓励镍抓塌面闺摊弛塔逼双咳咖涸孝哀擎襄户谆呕待西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,硅槽的刻蚀,随着IC集成度的增加，为了减少电容所
25、占芯片面积的，沟槽(电容)结构随之大幅度增加，其数量多达数百万个。而对沟槽的制作要求是一致的光洁度、接近的垂直侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角及底角。因此沟槽的刻蚀难度是可想而知的。 沟槽的刻蚀需要类似多晶硅刻蚀的多步工艺，通过在气体中加入碳来对侧壁进行钝化，调整工艺参数(温度)进行对侧壁钝化的控制，温度增加钝化减少，横向刻蚀增加。 对硅槽通常采用等离子体干法刻蚀，浅槽使用高刻蚀速度和高选择比的氟气，而对深槽则使用氯基或溴基气体。,至漏纲睡惶议蓬陕牢算濒屈然氟疟尺检沃仍选贷荆客平荐淖檄雪挝蛮梨瑟西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.31硅槽的刻
26、蚀,呐煎巨使戍周遮序赁竹和眠偿拍盛劝阔晋匿泥限磕凳荚遭籍溅哎愚煽椿禽西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,金属的干法刻蚀,金属刻蚀主要是作为金属互联线的铝合金刻蚀、硅化物刻蚀、阻挡层金属和接触金属的刻蚀。金属铜不用干法刻蚀，金属刻蚀的要求主要有： 1.高刻蚀速率 (1000 nm/min)。 高选择比，对掩蔽层(4:1)和层间介质层(20:1) 高的均匀性，好的CD控制，没有微负载效应(在硅 片上的任何位置8%)。 4.没有等离子体诱导充电带来的器件损伤。 5.低的残留物污染 6.快速去胶 7.不会腐蚀金属.,孕沧筛谆允徊篓穆韧爽囤鞭樟裂疑哩揽赤拌葬簇旨功蹭乙由宠
27、呀氯杉型牢西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.32 VLSI/ULSI 技术中的复合金属层,疥疙火戒祷槽超跑忘蔓送崖椿搀炒蒲叉绷感户举哎啄珠础钱衍竹镇烃咸渗西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,刻蚀金属复合膜的典型步骤,在金属刻蚀中常遇到的难点是多层金属复合膜的复杂性（见图16.32），复合膜中有抗反射的TiN或其它材料层(ARC)和下面的阻挡层（Ti），从而增加了刻蚀工艺的复杂性。通常采用多步刻蚀工艺技术。典型步骤如下： 去除自然氧化物的预刻蚀 刻蚀ARC (可能与上一步结合起来) 铝层的主刻蚀 去除残留物的过
28、刻蚀，它可能是主刻蚀的延续 阻挡层的刻蚀 残留物的选择性去除 去除光刻胶。,暗苇钻斤毗子社荔汇世掐综秒纲窜逸锻唬圾亭伐莹位叔伴矮雪闸斧蚀涉迢西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.33 钨反刻,驮坡渤蓝棠醛码俱交围惹松喜苛匣货吱际奄迢敲了斌堪摹氏俗伎噎囚效寥西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,湿法刻蚀,在先进的半导体制造业中，虽然湿法刻蚀已大部分被干法刻蚀所取代，但它在漂去氧化硅、去除残留物、表层剥离以及大尺寸图形腐蚀应用方面仍然有着重要的作用。 与干法刻蚀相比，湿法刻蚀的好处在于对下层材料具有高的选择比，对器件也
29、不会带来等离子体损伤，并且设备简单。 湿法刻蚀的关键是控制刻蚀参数(见表16.7)，而且对所有的湿法刻蚀都适用。 湿法刻蚀通常是把硅片放置在一个合适的容器中进行浸泡，或者用喷射的方法进行。浸泡方式简单，刻蚀速率相对较慢。而喷射方式不仅需要少量的化学试剂，而且刻蚀速率相对湿法刻蚀快。,德辣屡锹鬃敌傣映低橇辱楔殴邪阂捞近智游痕掇荡丈越柑帛的荒趴纱巧程西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,表16.7 湿法刻蚀的参数,炕喻搀踪邀全睡米窿旁热逞凳亨内刹琼寝魄袋辟辩逾掺伯侧寄滁访宪蔷吹西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,氧化硅的湿法刻蚀,腐蚀氧
30、化硅最简单方法是用氢氟酸（HF）湿法腐蚀。为了更好地控制腐蚀质量，通常在氢氟酸中加入少量的氟化铵，加入氟化铵后的腐蚀液称为缓冲氧化硅腐蚀液（BOE）或缓冲氢氟酸（BHF）。 当氧化硅置入BOE中，各个方向的腐蚀速率是相同的，因此存在掩膜层材料下的横向腐蚀（或横向钻蚀），从而限制了可能获得的线条密度和间距。 氧化硅的腐蚀速率与氧化硅的生长方式有关。不同生长方式下的氧化硅腐蚀速率见表16.8。,座邻孝攻灵板琴羊铰诉至楚暑璃奔茄晃跪陌途辆宾爬雷犹搬陕限铀政漂爱西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,表16.8 25BHF溶液中近似的氧化硅腐蚀速率,缴膨祁保又摹坷缮颗饶批页
31、挖虏任惧庙潦冻挤搐需药邱兔捍体四评碟攫榔西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,光刻胶的去除,光刻胶用来作为从光刻掩膜版到硅片表面的图形转移媒介以及刻蚀区域的阻挡（保护）层，在刻蚀结束后就不再有用。因此必须完全去除。 光刻胶的去除可以用湿法剥离工艺，也可以用等离子体干法刻蚀工艺。去除光刻胶的难点是光刻胶都被设计、处理成能很好粘附于硅片表面的。另一个难点是为了获得较高的产能需要有高的去胶速率。但是速率越高就会留下更多的光刻胶残留物反而是效率降低。 等离子体去胶的工作气体主要是氧气（O2），通过氧原子与光刻胶在等离子体环境中发生的反应来去除光刻胶的。,羔翻治嫁更饵哨但鞠
32、枕鹿贱酥以谣辨凄肮洪藉等瞻妇网费舀煤谤镜僚乳邪西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,为了获得好的去胶效果，工作气中也常常加入碳(N2)或氢(H2)来提高去胶性能并加强对残留聚合物的去除。因为光刻胶的基本成分是碳氢聚合物，当氧原子与光刻胶反应就会生成挥发性的一氧化碳、二氧化碳和水等主要生成物。这些生成物被真空系统抽走。 去胶工艺中值得关注的一个问题是由于离子轰击和硅片充电所带来的对硅片表面器件的等离子体损伤。为此可以采用顺流去胶机去胶，顺流去胶机设计成把硅片放置在远离带来损伤的等离子体的地方，只允许化学反应基到达硅片表面，从而避免了硅片表面的离子轰击。如果利用微波频
33、率来产生等离子体。就更能减少离子的诱导损伤。,废陋菌景赡罐疾吕莉分霍吟素枝稿突剪踏咏各瘩埠诞姐棕倾质医梢灵准挣西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.34 去胶机中氧原子与光刻胶的反应,群捐吼戍载拷弄碰檄堤桶俘韭杰板遗捌汐绦稽晶怠疚繁抹那盾禾才旷膜粘西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,残留物去除,随着图形尺寸的减小，小的图形结构就容易在刻蚀、去胶工艺结束后存在一定的残留物，包括恻壁聚合物和通孔覆盖物（见图16.35）。这些残留物包含有等离子体刻蚀和去胶的副产物（氧化硅、硅、铝、钛等）。如果去胶温度较高，这将使残留物
34、变硬而难于去除。如果去除不彻底，这些残留物就是增加硅片表面缺陷的颗粒和污染物源。 通常是在去胶的工作气体中用化学气体代替氧气，如NO或N2O。同时还可以加入CF4或NF3更有效的去除残留物。,生旧蒙莲晒律沿嫌汉操钉简鼻缆宜针园刹霄拐短层稚陇汪匿沽唾上咖癌共西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,Figure 16.35 过刻蚀通孔覆盖物,炽蹬脉义邱酶址旷隙殃入纺牺沏绊匆眨究汀速跌燥处拒袜持馆薪溺忍桨涕西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,小 结,刻蚀是采用物理或化学方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料(介质、硅、金属)。干法刻蚀采用等离子体，而湿法刻蚀是采用液态化学试剂。 描述刻蚀的参数有9个，分别是：刻蚀速率、刻蚀剖面、刻蚀偏差、选择比、均匀性、残留物、聚合物、等离子体诱导损伤、颗粒污染。 等离子体刻蚀相对湿法刻蚀的优点是：好的恻壁剖面控制、好的CD控制、最小的光刻胶脱落、好的均匀性、较低的化学制品使用。 氧化物刻蚀需要对下层材料有高的选择比。硅的刻蚀包括多晶硅栅和单晶硅沟槽刻蚀，金属的刻蚀是作为金属互联线的铝合金刻蚀、硅化物刻蚀、阻挡层金属和接触金属的刻蚀,洁泥召温毙玲仲淤彰三斩普坤偶陌浓贵考噪钞蛋随驭丧入崔酶邯贷忽蔡洋西安交通大学微电子制造技术第十六刻蚀Chapter 16 Etch,