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刻蚀技术 本部分主要内容 湿法刻蚀 等离子体刻蚀 化学机械抛光 离子铣 反应离子刻蚀 高密度等离子体刻蚀（HDP） 剥离技术 刻蚀设备 刻蚀技术的现状和进展 刻蚀在半导体工艺中的作用 在硅片表面形成光刻胶图形之后，通过刻蚀工艺将设计图形转移到光刻胶下边的介质层上。 刻蚀有湿法化学刻蚀、干法刻蚀、等离子体刻蚀工艺 湿法刻蚀：硅片浸没于一种化学溶剂中，溶剂和暴露的膜反应，形成可溶解的副产品。光刻胶掩蔽膜对刻蚀溶剂具有较高的抗刻蚀性。 该种工艺控制困难，溶剂微粒还导致缺陷数量的升高，不能生产小特征尺寸的产品。 会产生大量的化学废液。 刻蚀的品质因素 刻蚀速率。 单位时间刻蚀的厚度，硅片制造中一般要求高速率，但太高速率难以控制，常用的一般为每分钟几十到几百纳米。 一批硅片同事刻蚀时，刻蚀速率会小于单片刻蚀速率。 刻蚀速率均匀性。 刻蚀速率的变化的百分比来度量，指一个圆片之内或者圆片和圆片之间的均匀性。 选择比。 不同材料刻蚀速率的比率。 例如：刻蚀图形的膜与光刻胶或下层膜的刻蚀速率之比。某工艺多晶与氧化层的选择比为20：1，意味着多晶的刻蚀速率是氧化层的20倍。 刻蚀的品质因素 钻刻。光刻胶掩膜之下的侧向刻蚀，有两种描述方式： 每边的底切距离。 例如：某具体刻蚀工艺可能在光刻胶条为1μm的情况下产生0.8 μm的线条，工艺涨缩量为每边0.1μm。 被刻蚀的侧壁并非都是陡直的，钻刻的数量取决于如何测量。 线条的大部分电学测量对其面积敏感，评价提供的是一个平均的钻刻值。 如果刻蚀工艺侵蚀光刻胶图形，这种侵蚀也会产生刻蚀涨缩量。 刻蚀的品质因素 刻蚀的品质因素 刻蚀速率各向异性来表示。 各向异性由公式表达： 湿法刻蚀 湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，有着严重缺点： 缺乏各向异性 工艺控制差 过渡的颗粒污染 优点： 有着高的选择比 不产生衬底损伤 湿法刻蚀 刻蚀步骤： 刻蚀剂移动到硅片表面 与暴露的膜发生化学反应生成可溶解的副产物 从硅片表面移去反应生成物 三个步骤都必须发生，最慢的一步称为速率限制步骤，决定刻蚀速率。 湿法刻蚀 被腐蚀的膜并非直接溶解于刻蚀剂中。必须将被腐蚀的材料从固态转化为气态或液态。 这种气体将形成气泡从而阻止新的腐蚀剂向硅片表面移动。 由于气泡的发生不能被预测，问题尤其严重。 为帮助新鲜的腐蚀剂化学药液移动到硅片表面，在湿法刻蚀化学槽中的搅拌将减少硅片表面鼓泡的附着力。 由于除去所有腐蚀产物很困难，即使不产生鼓泡，小的几何特征尺寸图形也可能腐蚀得很慢。 湿法刻蚀 湿法刻蚀 对于特征尺寸小于2μm的工艺，难以利用湿法刻蚀。 最常见的湿法刻蚀是在稀释HF溶剂中的SIO2湿法刻蚀法。 腐蚀液配比常用6：1；10：1；20：1。6：1的腐蚀液热氧化SIO2腐蚀速率是120nm/min。对淀积的氧化层腐蚀速率更快。 淀积层腐蚀速率和热氧化层腐蚀速率之比可用来测量膜的厚度。 由于搀杂，磷硅玻璃、硼硅玻璃等掺杂薄膜腐蚀速率更快。 HF腐蚀对SIO2和SI有着极高的腐蚀选择性。选择能力可达100：1 由于水对SI的缓慢氧化，其中部分SI相当于也腐蚀了。 湿法刻蚀 腐蚀反应过程复杂，取决于离子的电荷数量、溶液的PH值、腐蚀溶剂。 反应过程为： SiO2＋6HF——?H2＋SiF6＋2H2O 由于HF的消耗，反应速度逐渐下降，兑入一定的氟化氨缓冲HF，通过分解，维持HF的浓度。 NH4F? ? NH3＋HF 缓冲过程还控制腐蚀液的PH值，减少对光刻胶的损伤。 湿法腐蚀 室温下湿法腐蚀速率较慢。 20：1的腐蚀液室温腐蚀热氧化层的速率为3nm/min。对Si3N4的腐蚀率还不到1nm/min。 140℃或200 ℃的H3PO4可以获得对Si3N4的实用腐蚀速率。 49％的稀释HF与70％的稀释HNO3按3：10混合也比较实用。 磷酸中Si3N4与SIO2的选择比是10：1；Si和Si3N4的选择比是30：1。因此腐蚀高温氧化环境中的Si3N4前需要HF漂洗，去除Si3N4上的氧化层。 湿法腐蚀 对Al的腐蚀 湿法腐蚀广泛用于对铝连线的腐蚀。 Ai是多晶体，湿法腐蚀生产的联系边缘参差不齐。 常用20％的乙酸＋77％的磷酸＋3％的硝酸。 硅工艺中的铝互连不是纯铝，其中的杂质挥发性不及基体材料，搀杂的铜、硅很难除去。 湿法腐蚀 对硅的腐蚀 采用强氧化剂氧化硅，利用HF腐蚀调SiO2，从而腐蚀掉硅。 常用腐蚀剂是HF＋HNO3＋H2O的混合物。 反应方程： Si＋HNO3＋6HF－H2SiF6+HNO2+H2+H2O 用乙酸做稀释剂。 湿法腐蚀 湿法腐蚀 对GaAs的腐蚀 常用腐蚀液为H2SO4＋H2O2＋H2O；Br＋CH3OH；NaOH＋H2O2；N