氮化硅的刻蚀及其它应用

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1、氮化硅的刻蚀及其它应用　　【摘要】氮化硅介质作为集成电路或半导体功率器件的介质层，具有掩蔽杂质沾污的作用，通过一系列试验研究，找到了氮化硅的干法、湿法刻蚀工艺，对半导体器件的性能有很好的提高，并且通过试验，还发现氮化硅具有透明耐摩擦的特性，可用于制作掩膜版的保护膜。【关键词】Si3N4（氮化硅）；刻蚀；保护膜引言氮化硅（siliconnitride）薄膜是无定形的绝缘材料，具有以下特性：（1）对扩散来说，它具有非常强的掩蔽能力，尤其是钠和水汽在氮化硅中的扩散速度非常慢；（2）通过PECVD可以制备出具有较低压应力的氮化硅薄膜；（3）可以对底层金属实现保形覆盖；（4）薄膜中的针孔很少。7作

2、为选择氧化的掩蔽层时，可以把氮化硅直接淀积到硅衬底的表面上，有时考虑到氮化硅与硅直接接触产生应力，形成界面态，往往在硅表面上先淀积一层二氧化硅作为缓冲层，然后再淀积一层作为掩蔽层的氮化硅。因氮化硅氧化速度非常慢，只要氮化硅具有一定的厚度，它将保护下面的硅不被氧化。目前我们就是采用在Si3N4下面再做一层SiO2的方法，使Si3N4起掩蔽的作用，通过一些试验研究出它的干法、湿法刻蚀工艺条件，还发现了它在光刻版上的应用。1、Si3N4薄膜的制备1.1Si3N4薄膜制备原理氮化硅可替代氧化硅使用，特别是对顶部保护层，在铝金属层上淀积时，其温度要足够低。PECVD的出现开始了不同化学源的使用，其

3、中之一是硅烷与氨气或氮气在氩气等离子体状态下反应。3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2然而，PECVD制作的氮化硅往往是非化学配比的，含有相当数量的氢原子（10%～30%），因此有时候化学表示式写为SixNyHz。由SiH4-N2制备的薄膜含有较少的氢和较多的氮。PECVD氮化硅的淀积反应式如下：1.2制备Si3N4薄膜利用等离子增强型化学气相淀积，在较低温度生长Si3N4薄膜，选用的设备为PECVD（等离子化学气相淀积）根据以上工艺条件在9000?氧化层上淀积Si3N4薄膜2、Si3N4薄膜的刻蚀7刻蚀是利用化学或物理方式对氧化硅膜、氮化硅膜和金属膜等进行刻蚀加工的工艺。刻蚀湿法

4、腐蚀和干法刻蚀两种方法。湿法刻蚀是利用溶液中发生化学反应来进行腐蚀的方法。以光刻胶作为掩蔽，湿法刻蚀在纵、横两方向将以同样比例进行腐蚀，称此为各向同性腐蚀。干法刻蚀有等离子刻蚀的各向同性方法，但是，反应离子刻蚀（RIE）、溅射刻蚀由于在纵向是选择性刻蚀，故称为各向异性刻蚀。Si3N4等离子刻蚀的气体通常有CF4、SF6、SiCl4、NF3等2.1Si3N4薄膜的干法刻蚀2.1.1干法刻蚀原理干法刻蚀（dryetching）是指以气体为主要媒体的刻蚀技术，晶圆不需要液体化学品或冲洗。晶圆在干燥的状态进出系统。有三种干法刻蚀技术：等离子体、离子束打磨（刻蚀）和反应离子刻蚀（RIE）。置入等离

5、子场中的分子因等离子能量的激励，生成了活性的游离基分子、原子，这些活性游离基分子、原子引起化学反应，形成挥发性产物，而使被蚀物剥离去掉。游离基种类不受电场影响而处于向四面八方的热运动之中，故成为各项同性。2.1.2PECVD做Si3N4干法刻蚀a）使用设备：AME8110刻蚀机干法刻蚀Si3N4薄膜b）使用气体：SF6、N2和O2c）通过一系列的试验，得出干法刻蚀工艺条件如下：7d）由于采用氮化硅-二氧化硅-硅结构（如图2），在氮化硅被刻蚀后下面有SiO2保护硅表面，所以，可以不考虑刻蚀的损伤，刻蚀后明显看出表面颜色变化e）再将残留的氧化物用HF：NH4F（溶液）=1：5T=37±1℃腐

6、蚀约5min后即可看见硅色。2.2Si3N4薄膜的湿法刻蚀2.2.1湿法刻蚀原理氮化硅是一种具有很高的化学稳定性的绝缘材料，它比二氧化硅更加耐酸，除HF和热磷酸能缓慢地腐蚀它外，其他的酸几乎不与它反应.2.2.2PECVD做Si3N4湿法刻蚀a）使用设备：清洗机b）腐蚀试验条件：1）高温腐蚀液：HF：NH4F（溶液）=1：5T=37±1℃t=1min～2min2）低温腐蚀液：[HF：NH4F（溶液）]：HAC=2：1，其中HF：NH4F（溶液）=1：5，温度为室温，t=3min～3min30Sec3）低温腐蚀液：HF：NH4F（溶液）=1：5T=27±1℃t=1min～2minc）腐蚀结

7、果分析：7腐蚀后通过在显微镜下观察，用低温腐蚀液腐蚀存在以下两方面问题：①Si3N4腐蚀后有杆状缺陷②Si3N4腐蚀后有轻微侵蚀现象.用高温腐蚀液腐蚀后以上问题并没有出现，腐蚀后结果正常。d）由于要将下面的SiO2进行腐蚀，并避免长时间腐蚀的过腐蚀问题。还是采用干法刻蚀的方法，再将残留的氧化物用高温HF溶液腐蚀约5min后即可看见硅色。3、Si3N4薄膜的其它应用3.1Si3N4薄膜在光刻掩膜版上的应用原理随着光刻机的发展大大延长了