刻蚀培训

2020/1/291VDMOS刻蚀培训2020/1/292一、湿法腐蚀二、干法刻蚀三、检验规范四、异常处理案例2020/1/293湿法腐蚀半导体工艺中使用的湿法腐蚀大多数是将硅片浸入化学溶液中，或是喷射腐蚀液在硅片表面。这种腐蚀成本低，便于批量操作，但腐蚀10um以下的线条较困难。反应机理：1、反应物通过扩散方式到达反应表面；2、化学反应在表面发生；3、反应生成物通过扩散离开表面。三者中速度最慢的决定腐蚀速率2020/1/294SiO2湿法腐蚀工艺流程环腐蚀：坚膜（125℃30min）－打胶－21℃6：1BOE750sec－测试Tox100Å－湿法去胶－测试ACI=3.3±0.5um－检查（目检：划伤等，镜检：腐蚀净否、缺陷，ACI测试）接触孔腐蚀：坚膜（125℃30min）－室温20：1BOE360sec－测试RemPSG－干法刻蚀－干＋湿法去胶－测试ACI=2.4±0.5um金属腐蚀：坚膜（125℃30min）－旋转腐蚀168sec－刻硅渣－干法去胶－测试ACI=3.3±0.7um2020/1/295SiO2湿法腐蚀场氧厚度：INX=10000±500ÅBOE（BufferedOxideEtcher）缓冲蚀刻液，HF酸＋NH3气生成NH4F悬浮液，6：1BOE即6份40％的NH4F＋1份49％的HF腐蚀速率：865±45Å/min监控：做腐蚀速率SPC2020/1/296SiO2湿法腐蚀工艺原理：SiO2+4HF→SiF4+2H2O，SiF4在一般条件下是气体，在有HF的溶液中来不及挥发便与HF生成络合物：SiF4+2HF→H2SiF6，SiF4+2NH4F→(NH4)2SiF6。加入NH4F缓冲剂，是为了维持HF的恒定浓度（补充氟离子的缺乏）和控制PH值NH4F==NH3+HF。腐蚀速率取决于腐蚀液的组成、温度及晃动，所以要求恒温溢流加晃动2020/1/297SiO2湿法腐蚀注意事项：1、腐蚀时间按固定750sec进行，已经包含10%的过刻蚀。不用看淋水后再加时间的腐蚀方法，这是由每天做的SPC腐蚀速率监控样片、腐蚀液恒温、低的腐蚀速率及进行先行样片来保证的；2、腐蚀开始、中间、要结束时晃动10个来回，保证腐蚀的均匀性；3、腐蚀时间到后，迅速提出腐蚀液，上下提拉几次把大量的腐蚀液流走，迅速放入相邻的蓄满水的冲水槽冲洗。硅片在空中滞留时间长，腐蚀液向下流动过程中，会造成腐蚀不均。2020/1/298SiO2湿法腐蚀检验规范：1、利用膜厚测试仪测试划片线处tox100Å，保证腐蚀干净；2、目检无划伤等异常；3、镜检是否腐蚀净，线条边缘要求整齐，无锯齿、毛刺等缺陷，否则将影响电压，因环腐蚀是将决定电压的分压环刻开。4、ACI测试右图左下角处的线条宽度，标准为ACI=3.3±0.5um2020/1/299金属湿法腐蚀金属旋转腐蚀：设备：SPW-612-A，要改造成6寸的TEMP：53±1℃腐蚀液：H3PO4：HNO3：HAC：H2O=80：5：5：10工艺程序：ITEM/STEPunit0123456NRPM600700800900Tsec16651685560C喷液1010V9.632020/1/2910金属湿法腐蚀RINSETIME：180sec，由皮带转速调解喷液量：H3PO4的喷液量由压力阀调解H3PO4:0.1Kg/cm2,1.2Kg/cm2,N2:4.2Kg/cm2工艺原理：湿法中铝和铝合金的薄膜通常利用加热的磷酸、硝酸、醋酸和去离子水来腐蚀，温度控制在30-80℃。铝的湿法腐蚀步骤如下：1、硝酸先将铝氧化为氧化铝；2、磷酸溶解氧化铝；3、HAC做为缓冲剂，类似BOE中的NH4F的作用铝的腐蚀速率与腐蚀剂浓度、温度、硅片的晃动、铝薄膜内的杂质或合金类型有关。2020/1/2911金属湿法腐蚀检验规范：1、目检无划伤等异常；2、镜检是否腐蚀净，有无铝连条、钻蚀等现象。钻蚀现象严重将影响电压，因为利用了Al浮空场板的作用；3、ACI=3.3±0.7um监控：做ACI的SPC2020/1/2912湿法腐蚀FMEA（失效模式分析）：1、光刻后传到腐蚀的片子，超过72小时未做腐蚀，则返工重新去胶；坚膜后超过4小时未做腐蚀，需重新坚膜20分。2、考虑腐蚀前加浸润液3、硫酸去胶后直接冲水，炸片的可能4、设备工程师进行设备维护时要求带手套，实在不方便带手套时，操作后要对接触硅片的部件进行清洗、擦拭2020/1/2913湿法腐蚀监控点：1、腐蚀速率：由反应液浓度、温度决定；腐蚀均匀性由腐蚀过程中硅片的晃动决定；1、BOE及铝腐蚀液的稳定性由SPC监控，SPC合格方可做片；2、操作者严格按工艺操作执行；3、保证测试数据的准确性，操作者学会初步的数据判断；4、小心操作，防止划伤。2020/1/2914干法刻蚀原理最早报道等离子体刻蚀的技术文献于1973年在日本发表，并很快引起了工业界的重视。至今还在集成电路制造中广泛应用的平行电极刻蚀反应室（ReactiveIonEtch-RIE）是在1974年提出的设想。图1显示了这种反应室的剖面示意图，它是由下列几项组成：一个真空腔体和真空系统，一个气体系统用于提供精确的气体种类和流量，射频电源及其调节匹配电路系统。2020/1/2915干法刻蚀原理等离子刻蚀的原理可以概括为以下几个步骤：●在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团（Radicals）●活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应生成物●反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。在平行电极等离子体反应腔体中，被刻蚀物是被置于面积较小的电极上，在这种情况，一个直流偏压会在等离子体和该电极间形成，并使带正电的反应气体离子加速撞击被刻蚀物质表面，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应，及反应生成物的脱附，从而导致很高的刻蚀速率，正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现。2020/1/2916干法刻蚀原理通常等离子体干法刻蚀有三种形式：等离子体刻蚀、离子轰击和两种形式的结合反应离子刻蚀（ReactiveIonEtching）。下表将给出三种刻蚀的特点。2020/1/2917干法刻蚀原理等离子体刻蚀的优势不仅在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌，还可以通过对反应气体的选择达到针对光刻胶和衬底的高选择比。但是因为整个过程完全是化学反应所以对材料的刻蚀是各向同性的，随着工艺尺寸的持续缩小，这一缺点愈显突出，使它的应用越来越越受到限制，一般仅用于对特征形貌没有要求的去胶(Ashing)工艺。离子轰击顾名思义是利用高能量惰性气体离子轰击硅片表面，达到溅射刻蚀的作用。因为采用这种方法所以可以得到非常小的特征尺寸和垂直的侧壁形貌。这是一种“通用”的刻蚀方式，可以在任何材料上形成图形，如钛、金等，可惜离子轰击有其致命弱点：刻蚀速率低下同时选择性比较差，能达到3：1以属罕见。反应离子刻蚀是上述两种刻蚀方法相结合的产物，它是利用有化学反应性气体产生具有化学活性的基团和离子。经过电场加速的高能离子轰击被刻蚀材料，产生损伤的表面，这进一步加速了活性刻蚀反应基团与被刻蚀材料的反应速率，正是这种化学和物理反应的相互促进使得反应离子刻蚀具有上述两种干法刻蚀所没有的优越性：良好的形貌控制能力(各向异性)；较高的选择比；可以接受的刻速率。正是它的这些优越性使得它成为目前应用范围最为广泛的干法刻蚀，所以现在我们提到的干法刻蚀一般都是指反应离子刻蚀。2020/1/2918干法刻蚀原理当刻蚀气体被通入刻蚀反应腔中，在射频电场的作用下产生等离子体辉光放电，反应气体分解成各种中性的化学活性基团，分子、电子、离子；由于电子和离子的质量不同使得质量较轻的电子能够响应射频电场的变化而离子却不能，正是这种差异在电极上产生负偏压Vdc(NegativeDCbias)，离子在负偏压的加速下轰击硅片表面形成反应离子刻蚀；一个持续的干法刻蚀必须要满足这些条件：在反应腔内有源源不断的自由基团；硅片必须靠等离子体足够近以便反应基团可以扩散到其表面；反应物应被硅片表面吸附以持续化学反应；挥发性的生成物应可从硅片表面解吸附并被抽出反应腔。上面的任一种条件末达到刻蚀过程都会中断。刻蚀的具体过程可描述为如下六个步骤：1.刻蚀物质的产生；射频电源施加在一个充满刻蚀气体的反应腔上，通过等离子体辉光放电产生电子、离子、活性反应基团。2.刻蚀物质向硅片表面扩散；3.刻蚀物质吸附在硅片表面上；4.在离子轰击下刻蚀物质和硅片表面被刻蚀材料发生反应；5.刻蚀反应副产物在离子轰击下解吸附离开硅片表面；6.挥发性刻蚀副产物和其它未参加反应的物质被真空泵抽出反应腔。2020/1/2919干法刻蚀原理整个过程中有诸多的参数影响刻蚀工艺，其中最重要的是：压力、气体比率、气体流速、射频电源。①RF功率为影响蚀刻速率的主要因素；②压力为影响均匀性的主要因素；③选择比主要由气体流量决定，通过调节气体流量的比率改善选择比。另外硅片的位置和刻蚀设备的结构也会对刻蚀工艺产生影响，因此在实际生产中，针对不同的刻蚀膜质设备厂家设计不同的设备，提供不同的气体配比以达到工艺要求。2020/1/2920多晶硅刻蚀Polyetch【Lam490（RIE＃13）】：Polythk＝6000±600ÅITEMSTEP#01STEP#02STEP#03STEP#04STEP#05PRESS(MTORR)04004004001TORRRFTOP(WATTS)002002000GAP(CM)1.351.351.351.351.35UNUSED(SCCM)00000OXYGEN(SCCM)01010100HELIUM(SCCM)0000180SF6(SCCM)01351351350C2F6(SCCM)00000COMPL【TIME】COMPL【STABILITYORTIME】COMPL【TIME&ENDPOINT】COMPL【OVERETCH】COMPL【TIME】WAIT00:10MIN:SECMAX01:00MIN:SECWAIT00:36MIN:SEC50%WAIT00:20MIN:SEC2020/1/2921多晶硅刻蚀多晶硅刻蚀原理：STEP#01：设置电极高度，达到工艺要求STEP#02：设置气体流量、压力，达到稳定值STEP#03：在第2步气体、压力稳定的基础上，加射频进行刻蚀，为主反应步骤，当满足终点检测条件时，此步终止，进行第4步过刻蚀STEP#04：过刻蚀，把第3步未刻净的多晶硅，按产品要求，加一定比例的过刻蚀，把多晶硅刻净STEP#05：通入He气，进一步赶走生成产物，同时还有降温作用2020/1/2922多晶硅刻蚀终点检测：ENDPOINT#1SAMPLINGINPUT【AONLY】ACTIVEDURINGRECIPESTEP03DELAY10SECBEFORENORMALIZINGNORMALIZEFOR10SECTRIGGERAT85%OFNORMALIZEDVALUE2020/1/2923多晶硅刻蚀终点检测：SAMPLING：样品通道用于选择终点检测通道（ChannelAissetto405nmwavelength）DELAYTIME：标准化前的延迟时间，允许你选择一个时间延迟，在等离子体开始时，信号样品化之前。这个延迟允许等离子体稳定，在一个标准化的信号确定之前。NORMALIZETIME：标准时间用于选择时间，此期间信号样品化完毕，目的是建立一个参考标准，代表100%或最大的信号。标准化的参考是在此期间样品信号的平均值。TRIGGER：终点触发比例允许你键入一个表达数，做为一个标准信号的百分比，为了触发终点检测。如果90%被选择，当计算机看见一个等离子体信号发生10%的降低，它将自动停止终点检测步骤，继续进行下一步骤。2020/1/2924多晶硅刻蚀刻蚀参数：多晶硅（不掺杂）刻蚀速率6500±10%Å/min多晶硅（掺杂）刻蚀速率7000±10%