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1、蝕刻(Etching)概念簡介一.前言:積體電路(IC)的製造流程,猶如一場精緻細密的建築結構施工,建築師(Designer&DeviceOwner)將設計藍圖(LayOut)和施工流程(ProcessFlow)設計出來,經過工程部門(模組Module)制定施工法則(SetupProcess)後,交由施工單位(製造部MFG)來執行建築工事.空白的矽晶圓就像一塊平整的大工地,經過不斷的整地(平坦化;離子植入),灌漿混沙填土上鋼架(薄膜沉積),再經過砌牆挖坑打洞築溝(顯影&蝕刻)等重複的製程(Process),一層一層堆
2、疊而上,製作成擁有複雜結構和完善功能的積體電路.“晶圓”這塊”工地”有多大呢?這個超現代”工地”的大小尺吋演進,正代表著人類科技突飛猛進的新里程碑.從三吋晶圓到目前的十二吋晶圓,可用面積增加了16倍,在一個processcycle後,晶粒產出量也提升了數十倍.基本上,一套Processflow約需經過數百個不同步驟(step),耗時一,二個月才得以完成.而模組(Module)工程師的任務就是負責開發(Setup),維護(Maintain)和改良(Improve)各個步驟.而蝕刻模組在這項工事中佔有不可或缺的重要角色.
3、本章將針對蝕刻製程作一簡略介紹.二.蝕刻技術概論:積體電路的製造需要在晶圓上做出極細微尺寸的圖案(Pattern).而這些圖案最主要的形成方式,乃是使用蝕刻(Etching)技術,將微影(Lithography)技術所產生的光阻圖形,無論是線(Line),面(EtchBack)或是孔洞(Hole),以化學腐蝕反應(Chemical)的方式，或物理撞擊(Physical)的方式，或上述兩種方式的綜合，忠實無誤的移轉到薄膜上,以定義出整個積體電路所需的複雜結構.下圖是最基本的積體電路製作流程(ProcessFlow):a
4、.薄膜沉積(FilmDeposition)b.蝕刻製程(Etching)&微影製程(PhotoLithography)2-1.濕蝕刻(WetEtching)與乾蝕刻(DryEtching):蝕刻方式主要分成濕蝕刻(WetEtching)與乾蝕刻(DryEtching)兩種方式.早期半導體製程是使用濕蝕刻的方法,也就是利用合適的化學溶液,腐蝕所要蝕刻的材質未被光阻覆蓋的部分,並在完成蝕刻反應後,由溶液帶走腐蝕物。濕蝕刻的進行主要是憑藉溶液與欲蝕刻材質之間的化學反應,因此,可調配出蝕刻速率適當,以及欲蝕刻材質對光阻與下層
5、材質的良好蝕刻選擇比.然而,當積體電路中的元件尺寸愈作愈小時,由於化學反應沒有方向性,所以濕蝕刻是等向性(Isotropic)的,會有側向的蝕刻,而產生Undercut現象,導致元件線寬失真.因此,逐漸被乾蝕刻所取代.乾蝕刻法概略而言即所謂電漿蝕刻(PlasmaEtching).所謂電漿(Plasma)是氣體分子被激發或解離後處於崩潰(Breakdown)狀態下的一種現象,它可稱為是一種第四狀態的物質(氣態,液態,固態之外),在電漿的環境中,組成包含帶電荷離子(ChargedIons),原子團(Radicals),分
6、子(Molecules)及電子(electrons)…等.電漿蝕刻即利用氣體分子或其產生的離子自由基，對晶圓上的材質同時進行物理式撞擊濺蝕及化學反應,來移除欲蝕刻部份。被蝕刻的物質變成揮發性的氣體，經抽氣系統抽離。乾蝕刻和濕蝕刻的比較:乾式蝕刻法的主要優點是可以進行所謂的非等向性蝕刻,獲得良好的尺寸控制，對積體電路而言，元件尺寸的控制可以得到不錯的效果。而濕式蝕刻法會造成嚴重的側向腐蝕的現象，顯著地限制了元件尺寸向微細化的發展。2-2.等向蝕刻(IsotropicEtch)與非等向蝕刻(AnisotropicEtch
7、):一般蝕刻技術可分為等向性(Isotropic)與非等向性(Anisotropic)兩種，其蝕刻形成的形狀如圖所示。等向性蝕刻表示橫向和縱向之蝕刻率相同，非等向性蝕刻則為橫向性蝕刻率很慢或為0,因此,可較完美調控蝕刻截面輪廓(EtchProfile)和線寬(CDControl)。2-3.乾蝕刻反應方式:依蝕刻產生之原理而分為化學性蝕刻(ChemicalEtching),物理性蝕刻(PhysicalEtching)和兩者綜合之蝕刻方式(RIE).a.化學性蝕刻(ChemicalEtching):主要介由Plasma產
8、生的原子團(Radicals)或反應性(Reactive)離子與薄膜間產生活性化學反應進行蝕刻.其特性為較IsotropicEtch,ProfileControl不易.a.物理性蝕刻(PhysicalEtching):當帶正電荷離子被電漿與陰極電極板間的電位差所加速,而轟擊電極板表面,這種現象稱為”離子轟擊”(IonBonbardment).將
