半导体制造工艺教案8-刻蚀

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1、课题序号2授课班级075电子1、2授课课时8授课形式讲授授课章节名称主题8、刻蚀使用教具多媒体教学目的1、了解刻蚀工艺2、掌握干法刻蚀的应用3、了解干法刻蚀的质量控制教学重点干法刻蚀的应用教学难点干法刻蚀的质量控制更新、补充、删节内容课外作业教学后记授课主要内容或板书设计第8章刻蚀8.1引言8.2刻蚀工艺8.3T■法刻蚀的应用8.4干法刻蚀的质量控制课堂教学安排教学过程主耍教学内容及步骤刻蚀（Etching）是把进行光刻前所淀积的薄膜（厚度约在数百到数十纳米）中没有被光刻胶覆盖和保护的部分，川化学或物理

2、的方式去除，以完成转移掩膜图形到薄膜上面的目的，如图所示。忖底I—卜一光刻胶—■■■I—薄般村底刻蚀图形转移示意图新授1）湿法刻蚀是利用合适的化学试剂将未被光刻胶保护的品圆部分分解，然后形成可溶性的化合物以达到去除的目的。2）干法刻蚀是利用辉光（GlowDischarge）的方法产生带电离了以及具有高浓度化学活性的中性原了和自由基，这些粒子和晶圆进行反应，从而将光刻图形转移到晶圆上。刻蚀的要求1.图形转换的保真度高2.选择比3.均匀性4.刻蚀的清洁8.2刻蚀工艺&2.1湿法刻蚀最早的刻蚀技术是利用溶液少

3、薄膜间所进行的化学反应，来去除薄膜未被光刻胶覆盖的部分，从而达到刻蚀的目的。这种刻蚀方式就是湿法刻蚀技术。湿法刻蚀乂称湿化学腐蚀，其腐蚀过程与一般化学反应相似。由于是腐蚀样殆上没有光刻胶覆盖部分，因此，理想的腐蚀应当是对光刻胶不发生腐蚀或腐蚀速率很慢。刻蚀不同材料所选取的腐蚀液是不同的。1）湿法刻蚀的反应生成物必须是气体或能溶于刻蚀剂的物质，否则会造成反应生成物沉淀，从而影响刻蚀正常进行。2）湿法刻蚀是各向异性的，刻蚀中腐蚀液不但浸入到纵向方向，而且也在侧向进行腐蚀。3）湿法刻蚀过程伴冇放热和放气过程。

4、1）反应物扩散到被刻蚀材料的表面。2）反应物与被刻蚀材料反应。3）反应后的产物离开刻蚀表面扩散到溶液中，随溶液被排除。8.2.2干法刻蚀T法刻蚀是以等离子体來进行薄膜刻蚀的一种技术。在干法刻蚀过程中，不涉及溶液，所以称为干法刻蚀。1）物理刻蚀是利用辉光放电将气体（比如氛气）解离成带正电的离了，再利用偏压将带止电的离了加速，轰击在被刻蚀薄膜的表面，从而将被刻蚀物质的原子轰击Hiio2）化学刻蚀乂叫做等离子刻蚀，它与物理刻蚀完全不同，它是利用等离子体，将反应气体解离，然后借助离子与薄膜Z间的化学反应，把裸露

5、在等离了体屮的薄脫，反应生成挥发性的物质而被真空系统抽离。1•等离子体的概念2.等离子体的产生方式（1）气体放电法通常把在电场作川下，气体被击穿而导电的现彖称为气体放电。（2）射线辐照法射线辐照法是利用各种射线或粒子束辐照，使得气体电离而产生等离了体。8.2.3两种刻蚀方法的比较湿法刻蚀是在水溶液下进行的，所以刻蚀速度较快，同时选择度较高,但刻蚀吋是各向同性腐蚀，也就是说，除了在纵向进行腐蚀以外，在横向上也会冇腐蚀，这样就造成图形转换时保真度较低，因此，湿法刻蚀不能满足超人规模集成电路制造的要求。衬底a

6、）干法刻蚀光刻胶T法刻蚀与湿法刻蚀效果的比较8.3干法刻蚀的应川8.3.1介质膜的刻蚀集成电路工艺屮所广泛用到的介质膜主要是SiO2膜及Si3N4膜。1.二氧化硅的干法刻蚀HWP结构图等离子体扩散腔外围磁场(1)氧的作用在CF4中加入氧后，氧会和CF4反应释放出F原子，因而增加F原子的含量，则增加了Si与SiO2的刻蚀速率，并消耗掉部分C,使得等离了体屮碳与氟的比例下降。o0.10.20.30.40.5O2在CF4-O2内的比例（％）(UEAUU)^罔豈泰(2)氢的作用(.Elu、ulu)、*sg熹(3

7、)反应气体在目前的半导体刻蚀制备中，大多数的T法刻蚀都采用CHF3与氯气所混合的等离子休來进行Si02的刻蚀。1.氮化硅(Si3N4)的干法刻蚀射频电源関筒形结构示意图&3.2多晶硅膜的刻蚀在MOS器件屮，栅极部分起着核心的作用，因此栅极的宽度需要严格控制，因为它代表了MOS器件的沟道长度，从而少MOS器件的特性息息相关。因此，多晶硅的刻蚀必须严格地将掩膜上的图形转移到多晶硅薄膜上。此外，刻蚀后的轮廓也很重要，如栅极多晶硅刻蚀后侧壁有倾斜时，将会遮蔽源极和漏极的离子分布，造成朵质分布不均匀，通道的长度将

8、随倾斜程度的不同而改变。同时，刻蚀时要求Si对SiO2的选择性要高，如果多晶硅覆盖在很薄（小于20nm）的栅极氧化层上，如果氧化层被穿透,氧化层下血的源一漏极间的Si将很快被刻蚀。因此，若采用CF4、CF6等氟离子为主的等离子体來刻蚀多晶硅，则不太合适，较低的选择比会对器件造成损坏。8.3干法刻蚀的应用除此Z外，此类气体还具有负载效应，负载效应是指当被刻蚀的材料裸露在等离子体中的血枳较大的刻蚀速率比血枳小的慢，也就是局部腐蚀速率不均匀。8.