半导体工艺原理----刻蚀工艺(2013.5.13)(贵州大学).ppt

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1、刻蚀工艺光刻总结光刻：临时的图形转移过程IC生长中最关键的工艺需要：高分辨率、低缺陷密度光刻胶：正胶和负胶工艺过程：预烘、底胶旋涂、PR旋涂、前烘、对准曝光、后烘PEB、显影、坚膜、检测下一代光刻技术：EUV和电子束光刻刻蚀工艺用光刻方法制成的微图形，只给出了电路的行貌，并不是真正的器件结构。因此需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去，这个工艺叫做刻蚀。通常是用光刻工艺形成的光刻胶作掩模对下层材料进行腐蚀，去掉不要的部分，保留需要的部分。需要刻蚀的物质：SiO2、Si3N4、Polysilic

2、on和铝合金及Si要求：图形的保真度高、选择比好、均匀性好、清洁。刻蚀工艺流程刻蚀的基本概念选择性的去除硅片上薄膜的工艺。选择性：分为整片全部去除和部分去除；去除：分为干法刻蚀和湿法刻蚀；薄膜：介电质层、金属层、多晶层、光刻胶等薄膜。栅掩膜对准GateMaskAlignment栅掩膜曝光GateMaskExposureDevelopment/HardBake/InspectionEtchPolysilicon刻蚀多晶硅EtchPolysilicon继续StripPhotoresist剥去光刻胶IonI

3、mplantationRapidThermalAnnealing刻蚀术语刻蚀速率选择比刻蚀均匀性刻蚀剖面湿法刻蚀干法刻蚀RIE：反应离子刻蚀刻蚀速率（EtchRate）Δd=d0-d1(Å)，腐蚀前后厚度的变化量，t腐蚀时间(min)，以BOE对高饱和正硅酸乙酯磷硅酸玻璃（PE-TEOSPSG）薄膜为例，腐蚀时间：1minute，温度：22°C,d0=1.7mm,d1=1.1mm，则刻蚀选择比刻蚀选择比是指同种腐蚀液对不同材料刻蚀速率的比值。举例BOE对高饱和正硅酸乙酯磷硅酸玻璃的刻蚀速率是6000Å

4、/min,硅的刻蚀速率是30Å/min。刻蚀均匀性圆片上和圆片间的重复性标准偏差不均匀性最大最小均匀性刻蚀剖面刻蚀剖面刻蚀技术分类：温法腐蚀：进行腐蚀的化学物质是溶液；干法腐蚀(一般称为刻蚀)：进行刻蚀的化学物质是气体。湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法，用在线条较大的IC(≥3μm)；优点：选择性好；重复性好；生产效率高；设备简单；成本低；缺点：钻蚀严重；各向同性，对图形控制性差，并且要使用大量有毒与腐蚀的化学药品。广泛应用在半导体工艺中：磨片、抛光、清洗、腐蚀；IC工艺中

5、常用材料的化学腐蚀剂材料腐蚀剂注释SiO2HF(水中含49％)，纯HF对硅有选择性，对硅腐蚀速率很慢，腐蚀速率依赖于膜的密度，掺杂等因素NHF4:HF(6:1),缓冲HF或BOE是纯HF腐蚀速率的1/20，腐蚀速率依赖于膜的密度，掺杂等因素，不像纯HF那样使胶剥离Si3N4HF(49%)腐蚀速率主要依赖于薄膜密度，膜中O,H的含量HPO:HO(沸点：130-150℃)对二氧化硅有选择性，需要氧化物掩膜。AlH3PO4:H2O:HNO3:CH3COOH(16:2:1:1)对硅，氧化硅和光刻胶有选择性多晶

6、硅HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1)腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成单晶硅HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1)腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成KOH:HO:IPA(23wt%KOH,13wt%IPA)对于晶向有选择性，相应腐蚀速率（100）：（111）＝100：1TiNH4OH:H2O2:H2O(1:1:5)TiNNH4OH:H2O2:H2O(1:1:5)对TiSi2有选择性TiSi2NH4F：HF(6:1)对TiSi2有选择性光刻胶H2SO4:H2O2(125℃)适

7、用于不含金属的硅片有机剥离液适用于含金属的硅片湿法刻蚀剖面SiO2的腐蚀氟化铵在SiO2腐蚀液中起缓冲剂的作用。这种加有氟化铵的氢氟酸溶液，习惯上称为HF缓冲液。常用的配方为：HF:NH4F:H2O=3ml:6g:10ml二氧化硅的腐蚀速率与温度的关系氮化硅腐蚀对于厚度为1-2μm的较薄氮化硅膜，可以用HF缓冲液进行腐蚀。对于厚度较厚的氮化硅膜，再放入180℃的热磷酸中继续刻蚀图形窗口内的Si3N4膜。铝的腐蚀目前常用的腐蚀液有磷酸及高锰酸钾腐蚀液磷酸与铝的反应式高锰酸钾腐蚀液的配方为：高锰酸钾与铝的

8、反应式硅或多晶硅的刻蚀硅的刻蚀通常用硝酸和氢氟酸的混合液硝酸其氧化作用将硅氧化成二氧化硅，同时氢氟酸将生成的二氧化硅去掉；用去离子水冲洗掉刻蚀剂和反应生成物。干法刻蚀：主要指利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。优点：各项异性好，可以高保真的转移光刻图形；主要有溅射与离子束铣蚀、等离子刻蚀、反应离子刻蚀等。用于IC制造中薄膜的典型或代表性等离子体气体材料