腐蚀工艺简介

腐蚀过程教学探讨一、什么是半导体？半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，其电阻率在10-3109的范围内。 自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要有硅(Si )、锗(Ge )、砷化镓(GaAs )。纯半导体电阻率高，几乎不通电。 然而，在特定条件下，例如，在光、掺杂等，电阻率降低至几十欧姆以下，并且根据所掺杂的杂质显示不同的导电特性。 我们分别称为p (空穴导电)型半导体和n (电子导电)型半导体。 当p型半导体和n型半导体接触时，在接触面上形成PN结。 PN结具有正向开关的特性，可以利用它来制造常用的二极管。集成电路制造中经常使用的基板材料是单晶硅晶片，根据晶片加工中的单晶硅切断的晶格方向，可将其分为100和111等晶体方向。 在mos集成电路的制造中，选择了100晶体方向的晶片。二、什么是集成电路？不同导电类型的半导体能够结合起来形成二极管、晶体管、电容器和电阻器，这些元件在同一芯片上完成一定的电路功能后称为集成电路。集成电路分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。三、集成电路中常用的薄膜。多晶硅在MOS器件中经常用作栅电极。 也可用于高电阻的电阻器和本地电路的短路接线二氧化硅集成电路中使用的氧化硅膜可分为热硅和CVD堆积硅2种。 在一些MOS集成电路中，提供表面的钝化作为处理杂质注入和硅扩散的掩模，并且将这些装置的一部分与之隔离，向MOS装置的一部分(例如，栅极介质)提供金属步进线之间的电绝缘。氮化硅能够阻止钠离子的扩散，湿气几乎不透过，氧化速度低。 通过低压CVD(LPCVD )法沉积的氮化硅膜，主要通过作为平面工艺的氧化掩模的等离子体沉积的(PECVD )氮化硅膜，能够在比较低的温度下生成，能够作为钝化保护层。Al-Si-Cu在集成电路中用作金属布线。四、什么是蚀刻集成电路的制造需要在同一芯片上制作各种元件(晶体管、电阻、电容器)，在芯片上制作不同的图案。 将光刻法决定的图案转印到构成元件的薄膜上，除去不需要的薄膜的工序称为蚀刻。五、什么是等离子体？简单地说，等离子体是电离的气体，是电子、离子、原子和分子或自由基粒子的集合体。 这些原子和自由基通常具有很强的化学活性，可与其他物质反应。等离子体蚀刻选择合适的气体，通过低压放电产生等离子体，其中的活性原子和自由基与硅晶片表面的薄膜反应生成挥发性生成物并除去，达到蚀刻的目的。六、为什么要用等离子体蚀刻？集成电路的制造从LSI (大规模集成电路)向ULSI (非常大规模集成电路)的阶段发展，图形密度变高，加工线变细，加工精度的要求也变得严格。 传统湿法刻蚀技术具有横向腐蚀大、条幅损失大、均匀性差、过程控制困难的缺点，不能实现现代集成电路的生产要求。 目前，通常仅用于条纹宽度不要求的图案腐蚀和大面积薄膜的剥离。等离子体蚀刻特别是反应性离子蚀刻(RIE )，均匀性好，横向腐蚀少，可实现大致垂直的腐蚀，条带宽度损失小，工艺重现性好，且可终点控制，易于控制，广泛应用于现代集成电路的生产。相对于传统的湿蚀刻技术，等离子体蚀刻又称干蚀刻。常见腐蚀膜常用蚀刻气体多晶硅Cl2/He、Cl2/HBr、CF4、SF6、HCl氮化硅CF4、SF6二氧化硅CF4/CHF3，Al-Si-CuBCl3/Cl2、CCl4/Cl2光致抗蚀剂O2七、腐蚀常用术语1、各向同性(isotropic )和各向异性(anisotropic )在蚀刻过程中，除垂直方向存在腐蚀外，还存在侧向腐蚀。 横向腐蚀与横向腐蚀速度相等时，称为各向同性。 此时，边截面表示为圆弧。 侧向腐蚀小，几乎为零时称为各向异性，图案边缘截面表现为垂直截面。 将各向异性的程度定义为Af=1-V1/V。 在此，V1、v分别是横向和纵向蚀刻速度.2、选择比(selectivity )由于在蚀刻中晶片上各点的蚀刻速度不均匀，因此被蚀刻膜的厚度也不均匀。 可以认为晶片表面在加工过程中会产生一定的台阶。 因此，蚀刻时需要一定量的过蚀刻意味着对晶片上蚀刻的膜的下层膜也进行蚀刻，对该膜在集成电路加工中的损失量有一定的要求(例如，多晶栅极蚀刻时栅极氧的损失)。 因此，蚀刻时对两层薄膜必须有选择性。 另外，蚀刻时成为掩模的抗蚀剂也同时接受蚀刻，其蚀刻也需要选择。 蚀刻工艺中主蚀刻膜与其他薄膜的蚀刻速度之比称为选择比。3、终点控制在等离子体蚀刻中，常常使用发光分光法测定等离子体中的蚀刻剂和蚀刻生成物的浓度，判断被蚀刻膜是否几乎被清除，将控制工艺称为终点控制。4 .截面形态垂直(anisotropic )坡度(positive )非政府组织鲍威德公司Notched沟槽UndercutterIsotropic八、常用湿蚀刻技术1、硫酸双氧水脱胶说明：去除光刻胶配合比： H2SO4:H2O2=3:1温度： 140流动： 1槽5分钟溢流5分钟2槽5分钟水洗10次甩开2、DHF脱二氧化硅说明： HF酸漂过二氧化硅配合： HF:H2O=1:10温度：室温流程： HF酸漂洗液(依赖于二氧化硅厚度的时机)溢流5分钟水洗10次甩干3、氮化硅说明：井及场氧按压后的LPSIN剥离配合比： 98%磷酸温度： 160流程： HF酸清洗液30sec溢流5分钟磷酸罐60min溢流5分钟水洗10次甩干5、BOE腐蚀二氧化硅说明：非键大小的二氧化硅图形窗口的腐蚀配合比： BOE温度：室温流程： BOE漂移(根据二氧化硅厚度的时间)溢出5分钟水洗10次甩干注意：晶片上附有光致抗蚀剂，腐蚀前需要热固膜，条件为12030min，腐蚀时间超过3min时，腐蚀前的热固膜在12030min 15015min，每腐蚀1min30sec加热12030min。6、EKC清洗说明：金属腐蚀及通孔腐蚀干式法脱胶后的清洗，除去因干式法腐蚀而残留在图案边缘的聚合物配合比： EKC265/IPA温度： EKC265 65IPA室温流程： EKC槽30minIPA3min水洗10次甩干九、等离子体蚀刻装置及工艺简单的等离子体蚀刻机包括气管系统、真空系统、反应室、射频匹配系统、补片系统、终点控制系统。 根据反应室的结构可以分为桶型反应室、平板电容型、六面体电极结构等，根据硅晶片的处理方式可以分为单片式和分批式。1、PRS800桶式分批式等离子脱胶机，工艺气体为O2，适用工艺是大束注入后干脱胶、金属腐蚀后孔腐蚀后干脱胶、硫酸过氧化氢脱胶工艺不适用的抗蚀剂的去除。操作步骤：1 )确认反应室处于大气状态，反应室不处于大气状态时，按下VENT键，VENT点亮，1分钟后听到“show”的声音，表示反应室处于大气状态，按下VENT键，蓝灯熄灭，空气的填充停止。2 )戴上手套，用倒角器切片，上面切片，根据工艺用吸附笔将硅晶片放入石英舟皿中。3 )打开反应室的门，用叉子把小船放入反应室，推起反应室的门。4 )设定处理时间，根据处理情况，使用处理时间下方的白色按钮设定处理时间，从左起第1位为10位，第2位为1位，单位为分钟。5 )按下pump键，则pump点亮绿色，自动进行上浆。6 )蚀刻开始后，观察功率(watts )、流量(Flow sccm )、压力(pressure10-3 )是否正常。7 )蚀刻结束后，“VENT”呈绿色闪烁。8 )用8)component向反应室注入空气，“VENT”点亮绿色。等了约1分钟，听到了表示反应室变成大气状态的微弱的“出潮”的声音。 按下VENT键，膨胀停止，“VENT”变为绿灯。10 )戴上手套，打开反应室的门，用叉子取出石英舟皿，冷却一段时间，用吸附笔将晶片放回机架中。11 )进行腐蚀以干式送出的薄片的作业。2、AUTO490平板电容型单片刻蚀机用于多晶和Si3N4的刻蚀。 工艺气体分别为Cl2/He和SF6/He。操作步骤：1 )按status键，显示status页面、IDIE状态。2 )选择所需进程*的Recipe Module，插入接口，按LOAD键，显示所需的进程菜单编号。按RECIPE键确认“process (流程)”菜单的内容和菜单编号。4 )确认进程菜单后，按STATOS键返回STATUS页面、Idle状态。5 )将整理好的被加工晶片放在左边的Index上，将右边的Index放在空架上。按START键等待胶片从胶片架上出来，按STOP键进行先行胶片的腐蚀。7 )先行薄板腐蚀结束后，取出，用显微镜检查，如果没有异常变化，用膜厚计测量残留SiO2的厚度。8 )先行片材检查合格片材，将片材架返回右侧的索引。按START键，进行批量蚀刻。腐蚀结束后，将晶片放回机架进行腐蚀，进行搬出作业。注意： 490根据设备的工作情况，决定先行薄片腐蚀前是否取出假薄片。3、RAINBOW4500I平板静电电容型单片刻蚀机，具有各向同性刻蚀室，用于二氧化硅刻蚀。操作步骤：1 )如果设备位于status页面上，则Load and process idle状态屏幕右上角的菜单是否需要RCP菜单编号。 否则，按LOAD键输入所需的菜单编号，按ENT键确认，按SEL键取消。2 )前置页面腐蚀：按START键，页面进入传输系统后，按STOP键。3 )先在刻蚀结束后，用显微镜检查晶片，如果图像的表面图案没有异常，则进行膜厚计的检查，测定5点。4 )多晶通路腐蚀后，切割沟槽内的SiO22nm。5 )接触孔各向同性腐蚀后，切割槽内的SiO2400500nm。6 )通路孔各向同性腐蚀后，切割槽内的SiO2600700nm。7) spacer腐蚀后，活性区域内为SiO22nm，区域内为SiO2380nm。8 )平坦化蚀刻后，划线槽Al上的SiO2厚度450-650nm之间。9 )二氧化硅腐蚀后，残留SiO2的厚度由工艺片规定。10 )先行座椅检查合格后，进行批量腐蚀，将座椅轨道放回排出台，按下START键，腐蚀会自动进行。11 )批蚀刻结束后，将晶片放回架子，进行干蚀刻的送出作业。4、AM8330六面体电极结构批腐蚀机用于金属腐蚀。 工艺气体为Cl2/BCl3，辅助气体为CF4/CHF3。操作步骤：1 )画面上显示process:waitingforoperatoractionLOADER: Idle按DOOR开门。3 )根据3) LOADER，Waiting for cassette replacement时，可以安装薄片，右侧为薄片台，左侧为薄片台，底部为虚拟薄片台，一次可以安装2批程序薄片。4 )安装座椅后，按下DOOR键关闭门，自动使LOAD反应室的压力达到5m大约需要10分钟。按F5 PROGRAM，按F1 RECIPES，按左键将光标移动到Select A Recipe，按ENTER键，检查左上角的RECIPE To RUN是否是所需的进程菜单(通常是METAL1-EPD )，然后在所需的菜单中单击6 )按f 5，按F2 LOAD，将光标移动到Select A Sequence上方，按ENTER，检查左上角的Sequence to Run是否为必要的补丁程序(通常为Full-LOAD )，如果不是必要的程序，则为光刻LOADER显示Idle后，按F4 NORMAL OPERATION，按F2 WAFER TRANSTER开始切片，按F6 SERVICE将光标移动到WAFER LOCATION，按ENTER观察硅晶片的位置。8 )流程表结束后，自动进行工艺腐蚀，按F7 MONITOR，按F2监视工艺进展情况。9 )腐蚀到第二阶段时，按F4 NORMAL OPERATION，按F4 ENDPOINT OPERATION观察终点曲线。10 )炉子腐蚀后，设备与下一个炉片腐蚀，直到安装的工艺片腐蚀，打开门。11 )卸下腐蚀的电影，把盒子放回原来的位置，按DOOR关门后，不需要按ABORT键抽真空LOAD反应室。12 )进行干式送出作业。注意：金属腐蚀结束后，请马上用湿式厕所冲水，然后马上干燥去除胶水。5、FUSION150单片式紫外线硬化机适用于孔洞腐蚀和金属腐蚀前和大光束注入前的光刻胶硬化。 取消UV粘合剂后，在点蚀和大光束注入等工艺中，光刻胶表面受到大量离子冲击而变得高温，产生糊化和糊化现象，影响工艺质量。1 )设备关机时，按下“PROCEED”键，等待机械臂复位。2 )软元件在“MAIN MENU”画面中时，按下，将光标移动到“PROCESS MENU”中，按下SELECT键，显示“PROCESS MENU”画面。3 )按键将光标移至“SELECT PROCESS”，按“SELECT”键显示“SELECT PROCESS B*”画面。4 )显示不需要的程序后，按或键选择需要的程序。按SELECT键确认，显示“SELECT PROCESS”画面。按RE