刻蝕技術(shù)

1、報告人：高大永,半導體常用刻蝕工藝,什么是刻蝕？ 用物理的、化學的或同時使用化學和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分 材料去除，從而得到和抗蝕劑完全一致的圖形。刻蝕種類:干法刻蝕：利用等離子體將不要的材料去除（亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方法）濕法刻蝕：利用腐蝕性液體將不要的材料去除,干法刻蝕工藝特點：a.各向異性好b.良好的刻蝕選擇性; c.合適的刻蝕速率；d.好的片內(nèi)均勻性e.工

2、藝穩(wěn)定性好，適用于工業(yè)生產(chǎn),平行電極等離子刻蝕（PE） PE 是比較早期的刻蝕方法，腐蝕氣體分子在高頻電場（標準工業(yè)頻率13.56MHz）作用下，發(fā)生電離形成輝光放電，產(chǎn)生等離子體，利用離子與薄膜間的化學反應(yīng)，生成揮發(fā)性物質(zhì)，由真空抽走，達到刻蝕的目的。 這種刻蝕速率較快，但各相異性差。適用于微米級線寬刻蝕。,反應(yīng)等離子刻蝕（RIE） RIE 是在平板式反應(yīng)器(PE)的基礎(chǔ)上

3、使陰極與陽極的面積比為2-3：1，加工的硅片放在陽極板上，被激勵的等離子體與陽極板表面形成偏壓加速正離子濺射相結(jié)合進行刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕中以物理濺射為主，兼有化學腐蝕。,為了獲得高度的各項異性，通常利用側(cè)壁鈍化技術(shù)，即在刻蝕露出的側(cè)壁上形成聚合物或二氧化硅保護膜，使側(cè)壁不受刻蝕。這種刻蝕有著比較好的各項異性，但刻蝕速率要低些。,一個RIE的工藝包括以下六個步驟: 分離：氣體由等離子體分離為可化學反應(yīng)的元素；擴散：這些元素擴散并吸附

4、到硅片表面； 表面擴散：到達表面后，四處移動； 反應(yīng)：與硅片表面的膜發(fā)生反應(yīng)； 解吸：反應(yīng)的生成物解吸，離開硅片表面； 排放：排放出反應(yīng)腔。,RIE的優(yōu)點： A.可以容易地開始和結(jié)束， B.對硅片上溫度的微小變化不是那么敏感 C.等離子體刻蝕有很高的各向異性,不同刻蝕工藝所使用的化學藥品,,,為什么針對不同的刻蝕工藝選擇不同的化學藥品？ 選擇合適的氣體組分，不僅可以獲得理

5、想的刻蝕選擇性和速度，還可以使活性基團的壽命短，這就有效地抑制了因這些基團在薄膜表面附近的擴散所能造成的側(cè)向反應(yīng)，大大提高了刻蝕的各向異性特性。,,,利用RIE進行硅溝槽的刻蝕 當器件尺寸縮小時，晶片表面用作隔離DRAM存儲單元的存儲電容和電路器件間的區(qū)域也會相對減少這些表面隔離區(qū)域可用硅晶片的深溝槽刻蝕，在填入適當?shù)慕橘|(zhì)或?qū)w物質(zhì)來較少其所占的面積。,經(jīng)過深槽刻蝕的硅片，由于其深寬比特別大，普通的清洗方法很難將表面的附

6、著物清洗掉?？梢圆捎没瘜W清洗和兆聲波清洗相結(jié)合的方法。清洗時，在傳輸介質(zhì)中形成超音速的流體沖擊波，以高速的流體連續(xù)沖擊硅表面，使硅表面的污染物和顆粒被強制除去，并進入清洗液中。,增強反應(yīng)離子刻蝕（MRIE） MRIE是改進型的RIE刻蝕，目的是增強了離子能量，它在RIE反應(yīng)室周圍增加了磁場成90度的磁鐵，使電子在磁場的作用下成螺旋狀行進，增加了與氣體分子碰撞的機會，增加等離子密度，提高刻蝕速率。,離子束刻蝕（IBE）

7、 離子束刻蝕是利用具有一定能量的離子轟擊材料表面，使材料原子發(fā)生濺射，從而達到刻蝕目的. 把Ar、Kr或Xe之類惰性氣體充入離子源放電室并使其電離形成 等離子體，然后由柵極將離子呈 束狀引出并加速，具有一定能量 的離子束進入工作室，射向固體 表面撞擊固體表面原子，使材料 原子發(fā)生濺射，達到刻蝕目的， 屬純物理過程。,IBE刻蝕特點方向性好，各向異性，陡直度高分辨率高，可達到0.01μm不受刻

8、蝕材料限制（金屬or化合物，無機物or有機物，絕緣體or半導體均可）刻蝕過程中可改變離子束入射角θ來控制圖形 輪廓加工過程中，損傷比較嚴重加工精度不容易控制,離子束刻蝕速率影響因素A.被刻蝕材料種類B.離子能量C .離子束流密度D.離子束入射角度,IBE相關(guān)刻蝕數(shù)據(jù)離子能量：350eV,離子能量：300eV,由于IBE刻蝕對材料無選擇性，對于那些無法或者難以通過化學研磨、電介研磨難以減薄的材料，可以的通過IBE來進

9、行減薄。另外，由于離子束能逐層剝離原子層，所以具有的微分析樣品能力，并且可以用來進行精密加工。,反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE） RIBE是改進的離子束刻蝕（IBE）.它采用加入離子源的氣體代替惰性氣體，通過柵電極從等離子體中萃取離子形成離子束，避免了硅片與等離子的直接接觸。 柵電壓是可以調(diào)節(jié)的，來控制離子能量。通過控制等離子體的電離程度來控制離子束密度，從而控制刻蝕速率。,,在以上幾種刻蝕中，物理濺射作用越高，側(cè)

10、向刻蝕越小，各向異性越好，但是刻蝕速率低；而化學刻蝕作用的影響恰恰相反。 目前，干法刻蝕的理想特征是：離子平行入射，以產(chǎn)生各向異性；反應(yīng)性的離子，以提高選擇性；高密度的離子，提高刻蝕速率；低的入射離子能量，減輕對硅片的損傷。 反應(yīng)離子刻蝕是目前最為普遍的應(yīng)用，其次是平行電極型等離子刻蝕。,為了能夠精確地控制刻蝕過程，刻蝕終點的檢測是很重要的。實際生產(chǎn)中，在達到刻蝕終點后，適當?shù)倪^刻是必不可少的。

11、具體刻蝕時間取決于被刻蝕層厚度的均勻性、刻蝕工藝的均勻性、硅片的表面情況等。設(shè)備上常用的終點檢測方法有激光干涉法和光學發(fā)射光譜法,激光干涉法適用于薄的透明層的刻蝕過程。激光束入射在被刻蝕層的表面，在被刻蝕層上表面及下表面的兩束激光產(chǎn)生干涉。干涉后的激光束強度對刻蝕過程中膜層厚度的減薄產(chǎn)生周期性的變化，周期性發(fā)生結(jié)束，表明刻蝕終點。刻蝕速率可由公式下面公式算出，,為激光波長，n為被刻蝕層的折射率，T為一個周期,光學發(fā)射光譜法是通過檢測刻蝕

12、過程中刻蝕劑物質(zhì)或刻蝕生成物質(zhì)的發(fā)射光譜強度的相對變化來判斷刻蝕終點。 在等離子體中，電子被激發(fā)到較高的能量狀態(tài)，當電子回落到原來狀態(tài)時就會發(fā)出光，并且每一種原子、分子、離子或原子團具有唯一屬于它們自己的光波長。我們要把需要的光送到光電二極管，把光信號轉(zhuǎn)變成電信號，信號強度的變化就反映了相應(yīng)該波長的物質(zhì)相對變化。,例如在刻鋁過程中發(fā)生如下反應(yīng)： 2Al+3Cl2→2AlCl3

13、 Cl2在刻蝕開始時較多，在刻蝕過程中因與鋁反應(yīng)而減少，在刻蝕結(jié)束時又增加，因此監(jiān)控, Cl2的變化，就有如圖4 的記錄。如果監(jiān)控反應(yīng)生成物AlCl3就得到如圖5所示曲線，因為在刻蝕開始時沒有AlCl3，在刻蝕過程中產(chǎn)生，刻蝕終點時又消失。,現(xiàn)在集成電路制造所用硅片線寬進一步減小。進入亞微米時代，如何利用干法刻蝕進一步解決刻蝕中的技術(shù)難點，即各向異性、選擇性和刻蝕速率達到最佳狀態(tài)，引起人們關(guān)注。