第11章_微细加工与mems技术刻蚀

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1、微细加工与MEMS技术第十一章刻蚀微固学院邓小川xcdeng@uestc.edu.cn电子科技大学目录本章主要内容：刻蚀工艺的基本原理刻蚀工艺的设备与应用本章知识要点：掌握刻蚀工艺的种类和用途掌握影响刻蚀结果的各种因素Page2电子科技大学11111.1引言Page3电子科技大学11.1.1刻蚀定义刻蚀：用化学或物理的方法有选择地从硅片表面去除不需要材料的过程。目的：在涂胶的硅片上正确复制掩膜图形，最后实现图形的步骤。刻蚀中所犯错误无法纠正。Page4电子科技大学11.1.2刻蚀方法LightMaskPhotoresistDepositedFilm刻蚀法Su

2、bstrateFilmdepositionPhotoresistapplicationExposure(litho/etch)EtchmaskDevelopmentEtchingResistremoval剥离法(liftoff)Page5电子科技大学11.1.2刻蚀方法剥离工艺可用于制造IC的金属互连线。曝光显影淀积金属去胶剥离工艺中，当采用正胶时，获得的金属图形与掩模版上的图形相反，这与采用负胶及刻蚀工艺所得到的结果相同。电子科技大学11.1.2刻蚀方法光刻胶的剖面轮廓有顶切式、底切式和直壁式三种。顶切式底切式直壁式对于剥离工艺，为了使有胶区和无胶区的金属薄膜很好地分离

3、，希望获得底切式的轮廓。对PMMA正性光刻胶在采取双层胶技术或氯苯浸泡等一些特殊措施后，可以形成底切式，而且胶膜较厚，所以在剥离工艺中常采用PMMA胶。电子科技大学11.1.3刻蚀技术分类采用化学溶液，借助化学反应腐蚀硅片中无光刻胶化学刻蚀覆盖的部分。湿法电解刻蚀刻蚀技术离子铣刻蚀（物理作用）等离子体刻蚀（化学作用）干法反应离子刻蚀（物理化学作用）把硅片表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应(或这两种反应)，从而去掉曝露的表面材料。。Page8电子科技大学11.1.3刻蚀技术分类刻蚀工艺的种类有图形刻蚀和无图形刻蚀有图形

4、刻蚀：采用掩蔽层(有图形的光刻胶)来定义要刻蚀掉的表面材料区域，只有硅片上被选择的这一部分在刻蚀过程中刻掉。如：栅、金属互连线、通孔、接触孔和沟槽。无图形刻蚀、反刻或剥离：在整个硅片没有掩膜的情况下进行的，这种刻蚀工艺用于剥离掩蔽层(如STI氮化硅剥离和用于制备晶体管注入侧墙的硅化物工艺后钛的剥离)。Page9电子科技大学11.1.3刻蚀技术的特点不同刻蚀工艺的特点湿法刻蚀：具有各向同性，造成侧向腐蚀。限制了器件尺寸向微细化发展，用于特征尺寸较大的刻蚀。干法刻蚀：与湿法化学刻蚀相比，干法刻蚀对温度不那么敏感，工艺重复性好；有定有一定的的各向异性；等离子体中的颗粒比腐蚀

5、液中的少得多；产生的化学废物也少得多。Page10电子科技大学11.1.4刻蚀的材料Page11电子科技大学11.1.5刻蚀的要求1、适当的刻蚀速率通常要求刻蚀速率为每分钟几十到几百纳米。2、刻蚀的均匀性好（片内、片间、批次间）刻蚀均匀性一般为5%。大量硅片同时刻蚀时，刻蚀速率会减小，这称为刻蚀的负载效应。3、选择比大选择比指对不同材料的刻蚀速率的比值。4、钻蚀小5、对硅片的损伤小6、安全环保Page12电子科技大学11.1.6刻蚀的图形Page13电子科技大学11.2刻蚀参数Page14电子科技大学11.2刻蚀参数刻蚀速率（Etchrate）刻蚀剖面（Isotro

6、pic/Anisotropic）刻蚀偏差（Undercut/Overetch）选择性（Selectivity）均匀性（Uniformity）负载效应（Loadingeffect）Page15电子科技大学11.2.1刻蚀速率刻蚀速率：刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度。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，使用的刻蚀气体和工艺参数设置。刻蚀前刻蚀后Page16电子科技大学11.2.2刻蚀剖面刻蚀剖面：被刻蚀图形的侧壁形状各向同性和各向异性刻蚀剖面。各向异性刻蚀是仅在一个方向刻蚀各向同性刻蚀是在各方向上以同样的速率进行刻蚀ResistResis

7、tFilmFilmSbttSubstrateSubstrate钻蚀IsotropicAnisotropicPage17电子科技大学11.2.2刻蚀剖面光刻胶IsotropicAnisotropicPage18电子科技大学11.2.3刻蚀偏差刻蚀偏差：刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化通常由横向钻蚀引起。WbBiasWaBiasResistResistFilmFilmSubstrateSubstrate(a)(b)Page19电子科技大学11.2.3刻蚀偏差钻刻Resist过刻FilmSubstrate刻蚀中的过刻Page20