综述报告——刻蚀简介

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1、微加工技术——刻蚀简介自从半导体诞生以来，很大程度上改变了人类的生产和生活。半导体除了在计算机领域应用之外，还广泛地应用于通信、网络、自动遥控及国防科技领域。本文主要介绍半导体制造工艺中的刻蚀工艺。随着半导体制造大规模集成电路技术的发展，图形加工线条越来越细，硅片尺寸越来越大，对刻蚀工艺的要求也越来高。因此，学习了解刻蚀工艺十分必要。本文将主要从刻蚀简介、刻蚀参数及现象、干法刻蚀和湿法刻蚀四个方面进行论述。1、刻蚀简介1.1刻蚀定义及目的刻蚀就是用化学的、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

2、而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。刻蚀的基本目的，是在涂光刻胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形[1]。刻蚀，通常是在光刻工艺之后进行。通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在硅片上。从这一角度而言，刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。在通常的刻蚀过程中，有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护硅片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。其工艺流程示意图如下。121.2刻蚀的分类从工艺上分类的话，在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀

3、。干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应，刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法[1]。该工艺技术的突出优点在于，是各向异性刻蚀（侧向腐蚀速度远远小于纵向腐蚀速度，侧向几乎不被腐蚀），因此可以获得极其精确的特征图形。超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成极其精确的图形转移。任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。由于干法刻蚀技术在图形转移上的突出表现，己成为亚微米尺寸下器件刻蚀

4、的最主要工艺方法。在特征图形的制作上，已基本取代了湿法腐蚀技术。对于湿法腐蚀，就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。当然，在通过湿法腐蚀获得特征图形时，也要通过经光刻开出的掩膜层窗口，腐蚀掉露出的表面材料。但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言，由于湿法刻蚀是各向同性刻蚀（侧向与纵向腐蚀速度相同），在形成特征图形方面，湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。由于这一特点，湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。但由于它的高选择比和批量制作模式，湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒

5、等工艺步骤中。干法刻蚀和湿法刻蚀的区别可以见如下示意图。（a）湿法刻蚀的各向同性刻蚀剖面（b）干法刻蚀的各向异性刻蚀剖面从刻蚀材料上来分类的话，刻蚀主要可分为金属刻蚀、介质刻蚀、硅（多晶硅）刻蚀。122、刻蚀参数及现象在刻蚀过程中，刻蚀速率、均匀性、选择比是刻蚀最主要的刻蚀参数。以下我们将分别进行介绍。2.1刻蚀速率刻蚀速率是指刻蚀过程中去除表面材料的速度，通常用A/min表示。通常对于量产，为提高产能，希望有较高的刻蚀速率。在采用单片工艺的干法刻蚀设备中，这一参数是非常重要的。刻蚀速率的计算公式如下[1]ER(etchrate)=△T/

6、tER：刻蚀速率；△T：刻蚀量；t：刻蚀时间；刻蚀量单位为(A或µm)，刻蚀时间单位为分钟(min)。刻蚀速率由工艺和设备变量决定。如，被刻蚀材料类型、刻蚀机的结构配置、使用的气体和工艺参数设置。刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度。硅片表面几何形状等因素不同，可造成不同的硅片之间不同的刻蚀速率。如，被刻蚀的面积较大，则会消耗较多的刻蚀剂，也就是说大部分气相刻蚀基在等离子反应过程中被消耗了，刻蚀剂浓度下降，刻蚀速率就随之减慢。反之，需刻蚀的面积较小，刻蚀速率就相对快些。这种现象，被称为负载效应。对于负载效应带来的刻蚀速率的变化，在有效的终点检测

7、中起着重要的作用。2.2均匀性刻蚀速率的均一性，直接影响刻蚀整体的均匀性，是保证硅片刻蚀图形一致性的基础参数。其计算公式如下[1]Ux=士Eave/2(Emax-Emin)*100%E：面内各点刻蚀速率的平均值；Emax：面内刻蚀速率最大值；Emin：面内刻蚀速率最小值；µx：被刻蚀材料x的速率均一性，Ux的单位为(士%)等离子密度的分布、刻蚀腔体的构造均会影响刻蚀速率的均一性。一般而言，刻蚀速率的均一性受刻蚀腔体的限制，不同的刻蚀设备之间，在某一刻蚀速率的均一性上会有差别，体现出不同设备的性质。122.3选择比选择比，指在同一种刻蚀条件

8、下，被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比值。如，对光刻胶的选择比计算公式，如下所示[1]：Sr=Ef/ErSr：对光刻胶的选择比，Ef:：被刻蚀材料刻蚀速率，Er：光刻胶刻蚀速率选择