微电子工艺之刻蚀技术

第五章刻蚀技术 图形转移 定义 用光刻方法制成的微图形 只给出了电路的行貌并 不是真正的器件结构 因此 需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去 这个工艺叫做刻蚀 VLSI对图形转移的要求 保真度 选择比 均匀性 清洁度 保真度A A 1 df dm 2h 1 Vl Vv Vl 侧向腐蚀速率 Vv 纵向腐蚀速率 A 0 各向同性刻蚀 A 1 理想的各向异性刻蚀 1 A 0 实际的各向异性刻蚀 第五章刻蚀技术 图形转移 选择比如SiO2的刻蚀中 对光刻胶和硅的腐蚀速率要很低 对SiO2的腐蚀速率要很高 第五章刻蚀技术 图形转移 第五章刻蚀技术 图形转移 均匀性 膜层厚度的不均匀与刻蚀速率的不均匀 图形转移尺寸的不均匀 设 平均膜厚h 厚度变化因子 0 1 则 最厚处为h 1 最薄处h 1 设 平均刻蚀速率v 速度变化因子 0 1 则 最大为v 1 最小为v 1 设 最厚处用最小刻速腐蚀 时间为tM 最薄处用最大刻速腐蚀 时间为tm 则 tM h 1 v 1 tm h 1 v 1 若腐蚀时间取tm 则厚膜部位未刻蚀尽 腐蚀时间取tM 则部分过刻蚀 第五章刻蚀技术 图形转移 清洁度 腐蚀过程引入的玷污 即影响图形转移的质量 又增加了腐蚀后清洗的复杂性和难度 例如 重金属玷污在接触孔部位 将使结漏电 一 湿法刻蚀 定义 利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的 步骤 1 反应物扩散到被刻蚀的材料表面 2 反应物与被刻蚀薄膜反应 3 反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中 并随溶液被排出 特点 各相同性腐蚀优点 设备简单 成本低 产量高 具有很好的刻蚀选择比 重复性好 缺点 钻蚀严重 对图形的控制性较差 难于获得精细图形 刻蚀3 m以上线条 一 湿法刻蚀 1 腐蚀SiO2腐蚀剂 HF SiO2 HF H2 SiF6 H2O缓冲剂 NH4F NH4F NH3 HF常用配方 KPR胶 HF NH4F H2O 3ml 6g 10ml HF溶液浓度为48 腐蚀温度 30 40 水浴 T太低或太高都易浮胶或钻蚀腐蚀时间 由腐蚀速度和SiO2厚度决定 t太短 腐蚀不干净 t太长 腐蚀液穿透胶膜产生浮胶 边缘侧蚀严重 一 湿法刻蚀 2 腐蚀Al H3PO4 2Al 6H3PO4 2Al H2PO4 3 3H2 H2气泡的消除 少量酒精或醋酸 超声波或搅动 KMnO4 KMnO4 AlNaOHKAlO2 MnO2 配方 KMnO4 NaOH H2O 6g 10g 90ml 碱性溶液 2Al 2NaOH 2H2O 2NaAlO2 3H2 配方 NaOH H2O 甘油 酒精 5g 8ml 3ml 6ml甘油的作用 减弱NaOH的活泼性 缺点 对胶膜有浸蚀 横向腐蚀严重 Na 污染 一 湿法刻蚀 3 腐蚀Si3N4腐蚀液 热H3PO4 180 一 湿法刻蚀 4 腐蚀Si HNO3 HF H2O HAC Si HNO3 HF H2 SiF6 HNO2 H2O H2 KOH 异丙醇5 腐蚀poly Si腐蚀液 HF HNO3 HAC6 腐蚀Au Pt腐蚀液 王水 HNO3 发烟 HCl 1 3 体积比 Au HNO3 3HCl AuCl3 NO 2H2O3Pt 4HNO3 12HCl 3PtCl4 4NO 8H2O 一 湿法刻蚀 7 腐蚀PSG BPSG氟化胺溶液 HF6 NH4F30 冰醋酸 2 18 去胶热硫酸 SiO2表面a 浓H2SO4煮两遍 去离子水冲净 b 1号液 NH4OH H2O2 H2O 1 2 5 煮 去离子水冲净 c H2SO4 H2O2 3 1 混合液浸泡 一 湿法刻蚀 Al表面a 二甲苯或丙酮浸泡 棉球擦除 b 丙酮中水浴15分钟 c 发烟HNO3浸泡1分钟 保证Si片表面相当干燥 二 干法刻蚀 腐蚀剂 活性气体 如等离子体 特点 各向异性腐蚀强 分辨率高 刻蚀3 m以下线条 1 等离子体刻蚀 化学性刻蚀刻蚀气体 CF4 BCl3 CCl4刻蚀机理 等离子体活性基团与被刻蚀材料发生化学反应 CF4RFCF3 CF2 CF F BCl3RFBCl3 BCl2 Cl 二 干法刻蚀 刻蚀Si SiO2 Si3N4刻蚀剂CF4 F Si SiF4 F SiO2 SiF4 O2 CF3 SiO2 SiF4 CO CO2 Si3N4 F SiF4 N2 刻蚀Al刻蚀剂 BCl3 CCl4 CHCl3 Cl Al AlCl3 刻蚀难熔金属及其硅化物 W Mo Cr WSi2 Au Pt等刻蚀剂 CF4 SF6 C2Cl2F4 二 干法刻蚀 二 干法刻蚀 去胶刻蚀剂 O2等离子体刻蚀机理 O2RFO2 O O CXHX CO2 H2O 挥发性低分子O2去胶 O2 CXHX450 550 CO2 H2O 挥发性低分子2 反应离子刻蚀 RIE 刻蚀机理 等离子体活性基的化学反应 正离子轰击的物理溅射 刻蚀剂 与等离子体刻蚀相同 特点 与等离子体刻蚀相比 腐蚀速度快 各向异性强 二 干法刻蚀 3 物理溅射刻蚀刻蚀剂 惰性气体等离子体 如Ar 刻蚀机理 纯物理溅射 特点 各向异性腐蚀 易刻蚀难熔金属及其硅化物 选择性差 损伤严重 4 刻蚀的选择比例 刻蚀SiO2及Si CF4 O2 刻蚀速率增加机理 CF4 O2 F O COF COF2 CO CO