第7章刻蚀工艺

1、回顾 1、真空的分类？ 2、真空区域的划分？ 3、真空泵的分类？ 4、哪些工艺或器件需要真空？真空度的单位 自然真空：宇宙空间所存在的真空； 人为真空：用真空泵抽调容器中的气体所获得的真空。几种压强单位的换算关系真空区域的划分 粗真空：1105 1102 Pa。 低真空： 1102 1101 Pa。 高真空： 1101 1106 Pa。 超高真空： 1106 Pa。真空泵的分类常用真空泵的分类气体传输泵气体捕获泵扩散泵钛升华泵溅射离子泵低温冷凝泵机械泵分子泵真空的获得几种常用真空泵的工作压强范围真空的测量真空测量绝对真空计相对真空计U型压力计压缩式真空计放电真空计热传导真空计电离真空计a. a

2、. 湿法刻蚀湿法刻蚀：采用采用液态化学试剂液态化学试剂进行薄膜刻蚀进行薄膜刻蚀b. b. 干法刻蚀干法刻蚀：采用采用气态的化学气体气态的化学气体进行薄膜刻蚀进行薄膜刻蚀 说明 干法刻蚀物理性刻蚀化学性刻蚀反应离子刻蚀 在硅片制造过程中用到两种基本的氮化硅。一种是在700800下用LPCVD淀积的，另一种是在低于350下用PECVD淀积的。后一种氮化硅膜的刻蚀速率较快。刻蚀氮化硅常用的主要气体是CF4。 在MOS器件中，掺杂的LPCVD多晶硅是用作栅极的导电材料。掺杂多晶硅线宽决定了有源器件的栅长，并会影响晶体管的性能（见图12.17）。多晶硅栅的刻蚀工艺必须对下层栅氧化层有高的选择比并具有非常

3、好的均匀性和重复性。同时也要求高度的各向异性，因为多晶硅栅在源/漏的注入过程中起阻挡层的作用。倾斜的侧壁会引起多晶硅栅结构下面部分的掺杂 刻蚀多晶硅（或硅）通常是一个三步工艺过程： 1）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）接下来是刻至终点的主刻蚀。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侧壁剖面； 3）最后是过刻蚀，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。 多晶硅刻蚀气体传统上是氟基气体，在刻蚀硅的过程中氟原子起作用。采用氯或溴化学气体可以产生各向异性刻蚀和对氧化硅有好的选择比。 用Cl2等离子体对多晶硅

4、进行刻蚀， Cl2与多晶硅的反应方程式如下所示： Cl2 2Cl Si+2Cl SiCl2 SiCl2 +2Cl SiCl4 SiCl2会形成一层聚合物保护膜，反应方程式如下： n SiCl2 n(SiCl2) 单晶硅刻蚀主要用于制作沟槽，如器件隔离沟槽或垂直电容的制作。硅槽的刻蚀要求对每一个沟槽都进行精确的控制，要求有一致的光洁度、接近的垂直侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角和底角，因此需采用多步工艺，并对最后一步进行优化。浅槽的刻蚀气体多用氟气，深槽常使用氯基或溴基气体。 金属刻蚀的要求主要有以下几点： 1）高刻蚀速率（大于1000nm/min）； 2）对下面层的高选择比，对掩蔽层（大于4:

5、1）和层间介质层（大于20:1）； 3）高的均匀性，且CD控制很好，没有微负载效应； 4）没有等离子诱导充电带来的器件损伤； 5）残留物污染少； 6）快速去胶； 7）不会腐蚀金属。铝的刻蚀。 铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低、易于淀积和刻蚀等优点。铝刻蚀通常采用加入卤化物的氯基气体，最常用的是BCl3。因为铝在常温下表面极易氧化生成氧化铝，氧化铝阻碍了刻蚀的正常进行，而BCl3可将自然氧化层还原、保证刻蚀的进行，而且BCl3还容易与氧气和水反应，可吸收反应腔内的水汽和氧气，从而降低氧化铝的生成速率。 在互连线金属刻蚀中的一个难点是VLSI / ULSI技术中常用的多层金属复合膜的复杂性，在复合膜中常常有抗反射的TiN或其他材料层和下面的粘附阻挡层，这些都增加了刻蚀工艺的复杂性。可以采用多步刻蚀工艺技术刻蚀这种金属复合膜结构。 钨是在多层金属结构中常用的一种用于通孔填充的重