微加工技术——刻蚀简介

2020/5/271微加工技术——刻蚀报告人：2020/5/272提纲1、刻蚀简介2、刻蚀参数及现象3、干法刻蚀4、湿法刻蚀2020/5/2731.1刻蚀定义刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜层除去，从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。2020/5/274镀膜(PVD、CVD)涂光刻胶(Coater)掩膜板曝光(Exposure)去除光刻胶(Stripper)刻蚀(Dry、Wet)镀下一层膜显影(Developer)显影液清洗1.2刻蚀工艺示意图2020/5/275把光刻胶图形精确地转移到硅片上，最后达到复制掩膜板图形的目的1.3刻蚀工艺目的2020/5/2761.4刻蚀的分类干法刻蚀：湿法刻蚀：把硅片放在气体等离子体中，有选择地去除表面层材料的过程。干法刻蚀是各向异性刻蚀，用物理和化学方法，能实现图形的精确转移，是集成电路刻蚀工艺的主流技术。把硅片放在化学腐蚀液里，有选择地去除表面层材料的过程。湿法刻蚀是各向同性刻蚀，用化学方法，不能实现图形的精确转移，适用于特征尺寸≥3μｍ的情况按工艺：按材料：金属、介质、硅（多晶硅）刻蚀2020/5/277各向同性刻蚀:侧向与纵向腐蚀速度相同各向异性刻蚀:侧向腐蚀速度远远小于纵向腐蚀速度，侧向几乎不被腐蚀。(a)各向同性刻蚀剖面（b）各向异性刻蚀剖面2020/5/278提纲1、刻蚀简介2、刻蚀参数及现象3、干法刻蚀4、湿法刻蚀2020/5/279刻蚀参数刻蚀现象刻蚀速率刻蚀偏差选择比均匀性刻蚀剖面残留物聚合物等离子体诱导损伤颗粒沾污和缺陷2020/5/27102.1刻蚀速率刻蚀速率是指刻蚀过程中去除表面层材料的速度min)/(nmtTR2020/5/27112.2刻蚀偏差刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸的变化，通常由横向刻蚀引起刻蚀偏差=Wa-Wb2020/5/27122.3选择比选择比指在同一刻蚀条件下，刻蚀一种材料对另一种材料的刻蚀速率之比。高选择比意味着只去除想要刻蚀掉的膜层材料，而对其下层材料和光刻胶不刻蚀。SiO2对光刻胶的选择比＝（△Tsio2/t1）÷（△T胶/t1）＝△Tsio2/△T胶SiO2对下层Si的选择比＝（△Tsio2/t1）÷（△Tsi/（t3－t2））（a）0时刻（b）t1时刻（a）t2时刻（b）t3时刻2020/5/27132.4均匀性和刻蚀剖面2.4.1均匀性刻蚀均匀性是指刻蚀速率在整个硅片或整批硅片上的一致性情况。非均匀性刻蚀会产生额外的过刻蚀。2.4.2刻蚀剖面刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状2020/5/27142.5残留物刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料产生原因：被刻蚀膜层中的污染物选择比不合适的化学刻蚀胶体中的污染物膜层中不均匀的杂质分布解决方法：刻蚀完成后进行过刻蚀；有时采用湿法化学腐蚀去掉2020/5/27152.6聚合物聚合物是由光刻胶或刻蚀气体中的碳和其它物质组成的化合物。在硅刻蚀中，通过控制F/C的比例，形成聚合物，低F/C比易于形成侧壁聚合物（侧壁钝化）2020/5/27162.7等离子体诱导损伤2.7等离子体诱导损伤2.8颗粒沾污和缺陷颗粒沾污和缺陷由等离子体产生，是刻蚀中经常遇到的问题，应尽量减少。2020/5/2717提纲1、刻蚀简介2、刻蚀参数及现象3、干法刻蚀4、湿法刻蚀2020/5/27183.1干法刻蚀原理干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术等离子体：由带正、负电荷的离子和电子，也可能还有一些中性的原子和分子所组成的集合体，在宏观上一般呈电中性。物理刻蚀和化学刻蚀机理2020/5/27193.2分类及比较2020/5/27203.3过程示意图2020/5/27213.4反应离子刻蚀（ReactiveIonEtch，RIE）反应器示意图2020/5/27223.5高密度等离子体反应离子刻蚀传统的RIE系统不能满足小于0.25μm高深宽比图形的刻蚀要求，于是发展了高密度等离子体RIE系统。高密度等离子体刻蚀系统有电子回旋振荡RIE系统、电感耦合等离子体RIE系统、磁增强RIE系统等。高密度等离子体的离化率达到10%而传统最大0.1%2020/5/27233.5ICP（InductivelyCoupledPlasma）2020/5/27243.6终点检测常用方法：光发射谱法检测机理：在等离子体刻蚀中，反应基团与被刻蚀材料反应的同时，基团被激发并发出特定波长的光，利用带波长过滤器的探测器，探测等离子体中的反应基团发光强度的变化来检测刻蚀过程是否结束。2020/5/2725提纲1、刻蚀简介2、刻蚀参数及现象3、干法刻蚀4、湿法刻蚀2020/5/27264.1湿法刻蚀原理湿法刻蚀:将被刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术这是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除待刻蚀区域的薄膜材料半导体制造业一开始，湿法腐蚀就与硅片制造联系在一起。现在湿法腐蚀大部分被干法刻蚀代替，但在漂去氧化硅、除去残留物、表层剥离以及大尺寸的图形腐蚀应用方面起着重要作用。尤其适合将多晶硅、氧化物、氮化物、金属与Ⅲ－Ⅴ族化合物等作整片的腐蚀。2020/5/2727腐蚀液被腐蚀物H3PO4(85%):HNO3(65%):CH3COOH(100%):H2O:NH4F(40%）=76：3：15：5：0.01AlNH4(40%):HF(40%)=7:1SiO2,PSGH3PO4(85%)Si3N4HF(49%):HNO3(65%):CH3COOH(100%)=2:15:5SiKOH(3%~50%)各向异向SiNH4OH:H2O2(30%):H2O=1:1:5HF(49%):H2O=1:100Ti,Co4.2常见湿法刻蚀技术2020/5/27284.3湿法刻蚀的优缺点优点：1、应用范围广，适用于几乎所有材料。2、选择性强，易于光刻胶的掩蔽和刻蚀终点的控制3、简单易行，成本低，适宜于大批量加工。缺点：1、一般为各向同性腐蚀，容易出现侧向钻蚀。2、由于液体存在表面张力，不适宜于腐蚀极细的线条。3、化学反应时往往伴随放热与放气，导致腐蚀不均匀。2020/5/2729