微电子制造技术氧化硅的湿法刻蚀_icaredbd.pptVIP

干法刻蚀的应用 介质的干法刻蚀 氧化物 氮化硅 硅的干法刻蚀 多晶硅栅刻蚀 单晶硅的刻蚀 金属的干法刻蚀 铝和金属复合层 钨的反刻 接触金属刻蚀 干法刻蚀的要求 1. 高的选择比 2. 高的刻蚀速率 3. 好的恻壁剖面控制 4. 好的片内均匀性 5. 低的器件损伤 6. 宽的工艺容限。 设备参数: 设备设计 电源 电源频率 应力 温度 气流速率 真空状况 工艺菜单 其它相关因素: 净化间规范 操作过程 维护过程 预防维护计划 工艺参数: 等离子体－表面相互作用 - 表面材料 - 复合金属的不同层 - 表面温度 - 表面电荷 - 表面形貌 化学和物理要求 时间 质量指标: 刻蚀速率 选择性 均匀性 特性曲线 关键尺寸 残留物 Plasma-etching a wafer Figure 16.25 干法刻蚀中的关键参数 介质的干法刻蚀 氧化物 氧化物的刻蚀通常是为了制作接触孔和通孔，要求能够刻蚀出具有高深宽比的窗口，同时具有高的选择比。 氧化物等离子刻蚀工艺通常采用氟碳化合物化学气体。它是氟化的碳氢化合物（有一个或几个氢原子被氟原子代替）。氟碳化合物气体在它们的非等离子体状态下是化学稳定的，并且由于它们之间的化学键比SiF强，因而不会与硅和硅的氧化物发生反应。许多化学气体都含有氟，如CF4、C3F8、CHF3、C4F8等。常用的气体是CF4，在射频功率的作用下： CF4 CF*3、 CF*2、 CF*、 F* 其中带“*”表示活性基，是具有很强化学反应活性的物质。 反应携带气体通常是Ar和He。氩气具有用于物理刻蚀的相对大的质量，而氦气则用于稀释刻蚀气体的浓度,从而增强刻蚀的均匀性。 CF4气体在射频功率作用下产生的CF*3 能腐蚀硅的化合物，而不腐蚀硅。在CF4中加入乙烯或者氢，可减少等离子体中的F*的含量，而增加CF*3的含量，达到腐蚀硅片表面的SiO2和Si3N4的目的。另外采用含碳原子数较多的氟里昂气体（ C3F3 ）也能增加等离子体中硅化物的腐蚀剂的比例。 另外，在化学气体中还可以通过加入氧气来控制氧化物和硅之间的选择比。少量的氧气能改善氧化物刻蚀和硅刻蚀的速率，达到增加选择比的目的，减少对下层硅的腐蚀。 CF4 C3F8 C4F8 CHF3 NF3 SiF4 Ar Wafer 静电吸盘 Plasma 碳氟化物和碳氢化物的 选择 HF CF2 F CHF CH4 Figure 16.26 氧化物刻蚀反应器 例子：氮化硅在LI氧化硅刻蚀过程中被作为刻蚀阻挡层 注释：图中数字表示5个操作步骤的顺序 Figure 16.27 刻蚀阻挡硬掩膜层 硅的干法刻蚀 硅的等离子体干法刻蚀是硅片制造中的一项关键工艺技术，刻蚀的硅层是MOS栅结构的多晶硅栅和STI及DRAM电容结构中的单晶硅槽。 多晶硅等离子体刻蚀用的化学气体通常是氯气、溴气或者氯气/溴气。氯气能产生各向异性的硅恻壁剖面并对氧化硅具有好的选择比。用溴基气体对氧化硅/氮化硅的选择比可大于100。 另一种刻蚀气体是氯气和溴气的混合气体，如HBr和Cl2加O2。加O2是为了提高刻蚀速率和对氧化硅的选择比。用氯气和氟气刻蚀时产生的聚合物淀积在恻壁上还可以控制恻壁形状。 多晶硅栅 栅氧化硅 栅长确定沟道长度并 定义源漏电极的边界 Drain Source Gate Figure 16.29 多晶硅导体长度 多晶硅栅的刻蚀工艺步骤 刻蚀多晶硅通常是一个三步工艺过程，以便在不同的刻蚀步骤中对各向异性刻蚀和选择比进行优化。这三个步骤是： 预刻蚀：用于去除自然氧化层、硬的掩蔽层和表 面污染物来获得均匀的刻蚀 2.主刻蚀：这一步用来刻蚀掉大部分的多晶硅膜， 并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的恻壁剖面。 3.过刻蚀：用于去除刻蚀残留物和剩余多晶硅， 并保证对栅氧化层的高选择比。这一步应避免在多晶硅周围的栅氧化层形成微槽（见图16.30） Substrate Poly Resist 栅氧化层 离子 氧化硅中的微槽 Figure 16.30 多晶硅栅刻蚀过程中不期望的微槽 表16.9 多晶硅刻蚀技术的发展 硅槽的刻蚀 随着IC集成度的增加，为了减少电容所占芯片面积的，沟槽(电容)结构随之大幅度增加，其数量多达数百万个。而对沟槽的制作要求是一致的光洁度、接近的垂直侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角及底角。因此沟槽的刻蚀难度是可想而知的。 沟槽的刻蚀需要类似多晶硅刻蚀的多步工艺，通过在气体中加入碳来对侧壁进