第7章刻蚀工艺.pptVIP

回顾 1、真空的分类？ 2、真空区域的划分？ 3、真空泵的分类？ 4、哪些工艺或器件需要真空？ ? 光线强度与刻蚀速率成正比，刻蚀 小时则难以观测。 ? 刻蚀面积小时，强度太低。 7、剥离技术 ? 主要用于难于刻蚀的材料。 8、去胶 (1) SiO2、氮化硅、多晶硅等衬底，可以用硫酸与 过氧化氢的3：1的混合液去胶。 (2) Al衬底用发烟硝酸去胶。 (3) 等离子体去胶。 本章小结 1、薄膜的刻蚀是现代IC制造的一个关键技术。 2、通常将光刻胶用作掩蔽层，有时会用其它薄膜。 3、选择比和方向性(各向异性)是两个最重要的问题。通常 要求选择比高、侧壁陡直。 4、其它问题包括掩蔽膜侵蚀，钻刻，刻蚀均匀性，残余物 清除，对下面结构的损伤。 5、由于可控性、灵活性、重复性和各向异性，干法刻蚀在 现代IC制造中占具最重要的地位。 6、具有反应活性的中性物种(自由基)和离子性物种在刻蚀 中起作用。 7、通常中性物种造成各向同性刻蚀；离子性物种产生各向 异性刻蚀。 ? 刻蚀机理 化学刻蚀与中性物种有关。 物理刻蚀与离子性物种有关。 物理化学刻蚀与上述二者的协同作用有关 * 干法刻蚀 物理性刻蚀 化学性刻蚀 反应离子刻蚀 2、物理性刻蚀 (2) 设备： a. 纯粹的机械过程，对所有材料都可实现强的各向异性刻蚀。 b.选择比差； c.刻出物易再淀积； d.易对下面结构造成损伤； e. 单片刻蚀。 (1) 机理： 利用辉光放电将惰性气体解离成带正电的离子，再利 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。 离子铣（真空度10-3～10-5 Torr） (3) 特点： 3、化学性刻蚀 (1) 机理： a. 主要依靠化学反应进行刻蚀，选择性好； b. 离子的能量很小，各向异性差； c. 对基底的损伤小； d. 刻蚀速度低。 (2) 设备： 高压等离子体刻蚀机（真空度102～10-1 Torr） (3) 特点： 以CF4为刻蚀气体刻蚀Si 为例 (4) 举例 4、物理化学性刻蚀 a. 选择比较高； b. 各向异性较好， c. 刻蚀速度较快 (1) 机理： 物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的刻蚀。 (2) 设备： 反应离子刻蚀机（RIE)（真空度10-1～10-2 Torr） 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。 (3) 特点： a. 将被刻蚀材料表面的原子键破坏； b. 将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉,使被刻蚀 表面能再与刻蚀气体接触； (4) 离子轰击的作用： ? RIE中的物理损 伤和杂质驱进。 ? 在含碳的RIE刻 蚀后，顶部30埃 由于过量浓度的 Si-C键引起严重 损伤，损伤和H 的穿透可达300 埃深。 ? H的穿透可以降 低衬底掺杂的活 性。 ? 自偏压Vp是正值，以使电 子和离子流量相等。 ? 对于高压等离子体刻蚀机 结构： 上下极板面积相等， 虽然仍有离子轰击极板，但 此时能量很小，化学反应和 各向同性刻蚀为主。 (5) 反应离子刻蚀机RIE 可达100～ 1000ev比 0～ 100ｅｖ． a. 在RIE设备中，使用非对称腔体。 b. 为了保持电流连续性，小电极处应有更高的电场 (更高的RF电流密度）。 V1/V2 ≈[A2/A1]4 c. d. 自由基反应各向同性， 高能离子轰击各向异性刻蚀。 (6) RIE的不足： d. 工作气压较高，离子沾污较大。 a. 射频等离子体的离化率较低. b. 刻蚀速度↑ → 等离子体密度↑， 但同时离子轰击的能量↑ ，→轰击损伤↑; c. 随着线条尺寸↓，刻蚀图形的深宽比↑,要求气压↓ →离子的自由程↑→确保刻蚀的垂直度， 但在此气压下，等离子体密度↓↓，刻蚀效率↓。 (7) 高密度低压等离子体(HDP)刻蚀机 真空度10－2～10－4Torr a. 包括电子回旋共振式ECR、感应耦合式ICP、螺旋波式HWP b. 共同特点： 利用交叉的电场和磁场→电子在等离子体中的行程↑ →电 子和原子间碰撞↑ → 等离子体中自由基和离子的密度↑ 。 使用额外的RF电源给硅片提供衬底偏压。 (8) HDP的优缺点 高的离子流量容易对浮空结构（尤其是MOS管中的栅） 充电，可能会在栅绝缘中导致过多的漏电。 a. 优点： 刻蚀速度高； 损伤小； 选择比好； 各向异性强； b. 缺点： (9) 刻蚀方法的比较 干法刻蚀的应用 一个成功的干法刻蚀要求：