工艺技术_图形刻蚀技术

第7章 图形刻蚀技术 Chapter11 问题 常见的刻蚀对象 SiO2 Si3N4 Poly Si 磷硅玻璃 铝或铝合金 衬底材料等即 金属刻蚀 介质刻蚀 硅 半导体 刻蚀 EtchBias Undercut SlopeandOveretch 选择比 SEf 被刻蚀材料的刻蚀速率Er 掩蔽层材料的刻蚀速率 对刻蚀的基本要求 图形的高保真 横向腐蚀和各向异性腐蚀刻蚀剖面 选择比 光刻胶和不同材料的腐蚀速度关键尺寸 CD 控制均匀性 小线条和大硅片清洁 残渣沾污损伤 7 1 湿法腐蚀 即 化学腐蚀 S11 1 8 1 1腐蚀液 SiO2 HF NH4F H2O 3毫升 6克 10毫升 36 C Al H2PO4 70 80 C 乙醇稀释Si3N4 H2PO4 H2PO4 HNO3 3 1 SiO2膜 HF Cr膜 其它定向腐蚀 P265 263 7 1 2刻蚀中的质量问题 图形畸变 曝光时间 显影时间 刻蚀速度浮胶 粘附 前烘时间 曝光时间 显影时间 刻蚀速度 腐蚀液毛刺和钻蚀 清洁 显影时间 腐蚀液针孔 膜厚不足 曝光不足 清洁 掩膜版小岛 曝光 清洁 湿法显影 掩膜版湿法腐蚀工艺的特点 速度快 成本底 精度不高 7 2 干法腐蚀 即 等离子刻蚀Section11 3 重点阅读 7 2 1 原理和特点 是一种物理 化学刻蚀 是一种选择性很强的刻蚀在低压中进行 污染小与去胶工艺同时进行表面损伤置入等离子场中的分子因等离子能量的激励生成了性的游离基分子 原子 以这些活性游离基分子 原子引起的化学反应 形成挥发性产物 而使被蚀物剥离去掉 活性游离基分子 原子不受电场影响 因而各向同性 装置 F基刻蚀原理 SiO2为例 CF42F CF2 游离基 SiO2 4FSiF4 2OSiO2 2CF2SiF4 2COCl基 等离子激发 氧的作用 加快氢的作用 减慢高分子生成 刻蚀速度 选择性反应气体 CF4 CHF3 CF6 SeeTable11 3 InGaAs刻蚀仿真 刻蚀前结构 PIN结构 10um厚的本征InP衬底 在衬底上生长3um厚的掺杂Si浓度为2 1018的InP层 N 然后再淀积3um厚的Si掺杂4 1016的n InGaAs InGaAs中In的组分为0 53 上层淀积1um厚的InP 掺杂为2 1018 P 刻蚀阻挡层采用Si3N4 厚度1um Rate EtchMachine PEMach Plasma Pressure 3 75Tgas 300 0Tion 3000 0Vpdc 32 5Vpac 32 5 Lshdc 0 005Lshac 0 0 Freq 13 56Nparticles 4000 Mgas 40 0Mion 40 0 Constant Energy Div 50 Qio 1 7e 19Qcht 2 1e 19 DefinetheplasmaetchparametersforInGaAsRate EtchMachine PEMach Plasma Material InGaAs k i 1 1k f k d 等离子体刻蚀中可以改变的参数及默认值 等离子体腔及刻蚀气体的物理特性 刻蚀气体的化学特性 PRESSURE 定义等离子体刻蚀机反应腔的压强 TGAS 定义等离子体刻蚀机反应腔中气体的温度 TION 定义等离子体刻蚀机反应腔中离子的温度 VPDC 等离子体外壳的DC偏压 VPAC 等离子外壳和电珠之间的AC电压 LSHDC 外壳的平均厚度 LSHAC 外壳厚度的AC组成 FREQ AC电流的频率 NPARTICLES 用蒙托卡诺计算来自等离子体的离子流的颗粒数 MGAS 气体原子的原子质量 MION 等离子体离子的原子量 CHILD LANGM COLLISION LINEAR CONSTANT 计算等离子体外壳的电压降的模型 默认为CONSTANT MAX IONFLUX IONFLUX THR K I 定义等离子体刻蚀速率的线性系数 K F 定义化学流相关的等离子刻蚀速率 K D 定义淀积流量相关的等离子体刻蚀速率 各参数的意义 改变刻蚀腔压强 刻蚀腔压强越大 刻蚀速率变小 刻蚀效果也变差 这从离子的能量 角度分布中也可以得出结论 改变气体温度 刻蚀腔中气体的温度高时刻蚀剖面要好 但影响较小 改变离子温度 离子温度低时刻蚀效果要好 但刻蚀速率几乎不变 改变ac偏压 AC偏压变化时 刻蚀体现不出差别 改变dc偏压 DC偏压大时刻蚀效果要好 刻蚀速率几乎不变 改变等离子体刻蚀速率的线性部分 等离子体刻蚀速率的线性系数与刻蚀速率成线性 改变刻蚀腔压强时的刻蚀剖面 改变刻蚀腔压强对离子的能量 角度分布的影响 压强较小时 离子的方向性要好 各向异性刻蚀 Section11 3 重点阅读 反应离子刻蚀 RIE ReactiveIonEtch与前面的等离子刻蚀相比 等离子体的激励增大 反应气体发生了电子从原子脱离出去的正离子化 成为离子和游离基分子 原子混在一起的状态 先是游离基分子 原子被吸附在待蚀物上产生反应产物 离子在电场中加速并向基片垂直轰击 加快反应产物的脱离 且在待蚀物上形成损伤 吸附活性点 加快底部刻蚀速率 实现各向异性刻蚀 ChemicalVersusPhysicalDryPlasmaEtching 工艺控制RF功率测量与控制真空测量与控制等离子场测量与控制温度测量与控制 工艺条件对结果的影响 侧壁钝化提高各向异性 刻蚀终点 诊断和控制技术 简述 终点监视仪 等离子体发射光谱 0ES 扫描单色光谱仪 残余气体分析 RGA 质谱分析射频和偏置电压也可以终点检测信号 检测 损伤 11 7阅读 习题 列出5点以上干法刻蚀的优点和3点以上的工艺注意事项 剥离技术 11 9 牺牲层缕空刻蚀