刻蚀工艺课件.pdf

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1、§1基本概念•刻蚀：就是通过物理和/或化学方法将下层材料中没有被上第七章刻蚀工艺层掩蔽膜材料掩蔽的部分去掉，从而在下层材料上获得与掩蔽膜图形完全对应的图形。岳瑞峰清华大学微电子学研究所12刻蚀的品质因数实际刻蚀剖面•刻蚀速率：单位时间刻蚀的厚度。横向刻蚀速度RL纵向刻蚀速度RV•选择比：不同材料的刻蚀速率比.•钻刻：掩膜材料下的侧向刻蚀。各向异性度：dd−RfmLA=−11=−2zRmVA=0,各向同性刻蚀A=1,理想的各向异性刻蚀1>A>0，实际的各向异性刻蚀34•均匀性：膜层厚度的不均匀→刻蚀速率的不均匀→图形转移尺寸的不均匀

2、。♠平均膜厚h，厚度变化因子δ，0≤δ≤1；最厚处为h（1+δ），最薄处h（1-δ）；♠平均刻蚀速率v，速度变化因子ζ，0≤ζ≤1；最大为v(1+ζ)，最小为v(1-ζ)；最厚处/最小刻速,t；M最薄处/最大刻速,t；m则:t=h(1+δ)/v(1-ζ)，t=h(1-δ)/v(1+ζ)Mm•选择性和方向性通常的是最为关心的问题。存在时间差：t-tMm•化学过程；物理过程。取t，则厚膜部位未刻蚀尽；mt，部分过刻蚀.5M61§2湿法刻蚀•VLSI对图形转移的要求获得满意的剖面（倾斜或垂直）•湿法刻蚀:利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反

3、应来去除钻刻最小未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。选择比大•三个步骤：刻蚀均匀性好，重复性高1）反应物扩散到被刻蚀的材料表面；对表面和电路的损伤最小2）反应物与被刻蚀薄膜反应；清洁、经济、安全。3）反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液被排出。•分类：湿法刻蚀和干法刻蚀78•刻蚀液的选用：选择比。•Arrhenius方程：•掩蔽膜的选用：刻蚀速率：R=Rexp(-Ea/kT)0粘附性；其中R是与刻蚀液浓度有关的常数；Ea是化学反应的激0稳定性；活能，它与被刻蚀物种类、杂质含量有关。抗蚀性；•速率控制方法：•主要优点：刻

4、蚀溶液的种类设备简单，成本底，产量高，并且具有很好的刻溶液的浓度蚀选择比，重复性好。反应温度搅拌•主要缺点各相同性的，钻蚀严重，对图形的控制性较差。安全性、洁净性差。910SiO的刻蚀2硅的刻蚀•氢氟酸可以在室温下与SiO快速的反应，而不会刻蚀硅：2SiO+6HF=HSiF+2HO2262•硝酸与氢氟酸的混合液进行刻蚀：Si+HNO+6HF=HSiF+HNO+H+HO掩蔽膜：光刻胶、氮化硅、多晶硅326222•反应原理：1.硝酸将表面的硅氧化成SiO;•工艺上通常使用氢氟酸缓冲液以提高可控性22.氢氟酸将生成的SiO除去配方为：H

5、F:NHF:HO=3ml:6g:10ml242HF⇔H++F-11122•氮化硅的刻蚀可采用SiO作掩蔽膜,在180℃磷酸溶液中进行刻蚀。•铝的刻蚀2刻蚀液：磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液。SiN,SiO,Si在180℃磷酸中的刻蚀速率342原理：1.由硝酸与铝反应生成氧化铝;被刻蚀材料Si3N4SiO2Si2.磷酸和水分解氧化铝。掩蔽膜：光刻胶刻蚀速率1010.5（nm/min）温度：35∼60oC1314§3干法刻蚀物理性刻蚀•机理：利用辉光放电将惰性气体解离成带正电的离子，再利•特点:利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻

6、蚀。用偏压将离子加速，轰击被刻蚀物的表面，并将被刻蚀物材料的原子击出。•优点:各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性•设备：离子铣好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。•特点：1.纯粹的机械过程，对所有材料都可实现强的各向异性刻蚀。•缺点：成本高，设备复杂。2.选择比差；3.刻出物易再淀积；•分类：物理性、化学性、物理化学性刻蚀。4.易对下面结构造成损伤；5.单片刻蚀。1516化学性刻蚀•机理：17183•以CF为刻蚀气体刻蚀Si为例：4e-+CF→CF+2F+e-42•设备：高压等离子

7、体刻蚀机Si+4F→SiF4Si+2CF→SiF+2C24•特点：1.主要依靠化学反应进行刻蚀，选择性好；2.各向异性差；3.对基底的损伤小4.刻蚀速度低。1920物理化学性刻蚀•离子轰击的作用：•机理：物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏；刻蚀。2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉；•设备：反应离子刻蚀机（RIE)•传统的RIE设备结构简单、价格较低廉。通过适当选择反应气体、气压、流量和射频功率，可以得到较快的刻蚀速率和良好的各向异性。•特点：1.选择比较高；2.各向异性较好，3.刻蚀速度

8、较快2122•RIE中的物理损伤和杂质驱进。•在含碳的RIE刻蚀后，顶部30埃由于大量的Si-C键缺陷引起大量损伤，严重损伤可达300埃深。23244反应离子刻蚀机RIE•在RIE设备中，使用非对称腔体。•为了保持电流连续性，小电极处应有更高的电场