微电子工艺之刻蚀技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,V,l,/V,v,，,V,l,侧向腐蚀速率，,V,v,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,;,1A0,，实际的各向异性刻蚀,第五章 刻蚀技术（图形转移）,选择比,如,SiO,2,的刻蚀中，对光刻胶和硅的腐蚀速率要很低，对,SiO,2,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,t,M,；,最薄处用最大刻速腐蚀,时间为,t,m,；,则,: t,M,=h(1+)/v(1-),，,t,m,= h(1-)/v(1+),若腐蚀时间取,t,m,，则厚膜部位未刻蚀尽；,腐蚀时间取,t,M,，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,SiO,2,腐蚀剂：,HF,，,SiO,2,+HF,H,2,SiF,6,+H,2,O,缓冲剂：,NH,4,F,，,NH,4,F,NH,3,+HF,常用配方,(KPR,胶）：,HF: NH,4,F: H,2,O=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,SiO,2,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,H,3,PO,4,: 2,Al+6,H,3,PO,4,=2Al(H,2,PO,4,),3,+3H,2,H,2,气泡的消除：少量酒精或醋酸；,超声波或搅动。,KMnO,4,: KMnO,4,+Al,NaOH,KAlO,2,+MnO,2,配方：,KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml,碱性溶液：,2Al+2NaOH+2H,2,O=2NaAlO,2,+3H,2,配方：,NaOH:H,2,O:,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,Si,3,N,4,腐蚀液：热,H,3,PO,4,，,180,一、湿法刻蚀,4.,腐蚀,Si,HNO,3,-HF-H,2,O(HAC),，,Si+HNO,3,+HF,H,2,SiF,6,+HNO,2,+H,2,O+H,2,KOH-,异丙醇,5.,腐蚀,poly-,Si,腐蚀液：,HF-HNO,3,-HAC,6.,腐蚀,Au,、,Pt,腐蚀液王水：,HNO,3,（发烟）,:,HCl,=1:3,（体积比）,Au+HNO,3,+3HCl=AuCl,3,+NO+2H,2,O,3Pt+4HNO,3,+12HCl=3PtCl,4,+4NO+8H,2,O,一、湿法刻蚀,7.,腐蚀,PSG,、,BPSG,氟化胺溶液,(HF6%+NH,4,F30% ):,冰醋酸,=2:1,8.,去胶,热硫酸，,SiO,2,表面,a.,浓,H,2,SO,4,煮两遍，去离子水冲净。,b. 1,号液（,NH,4,OH:H,2,O,2,:H,2,O=1:2:5),煮，去离子水冲净。,c.,（,H,2,SO,4,:H,2,O,2,=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,HNO,3,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：,CF,4,、,BCl,3,、,CCl,4,刻蚀机理：等离子体活性基团与被刻蚀材料发生化学反,应。,CF,4,RF,CF,3,*,、,CF,2,*,、,CF,*,、,F,*,BCl,3,RF,BCl,3,*,、,BCl,2,*,、,Cl,*,二、干法刻蚀,刻蚀,Si,、,SiO,2,、,Si,3,N,4,刻蚀剂,CF,4,；,F,*,+SiSiF,4,F,*,+SiO,2, SiF,4,+O,2,CF,3,*,+SiO,2, SiF,4,+CO+CO,2,Si,3,N,4,F,*, SiF,4,+N,2,刻蚀,Al,刻蚀剂：,BCl,3,、,CCl,4,、,CHCl,3,；,Cl,*,+AlAlCl,3,刻蚀难熔金属及其硅化物：,W,Mo,Cr,WSi,2,Au,Pt,等,刻蚀剂,:CF,4,SF,6,C,2,Cl,2,F,4,二、干法刻蚀,二、干法刻蚀,去胶,刻蚀剂：,O,2,等离子体,刻蚀机理：,O,2,RF,O,2,*,、,O,*,O,*,C,X,H,X,CO,2,+H,2,O+,挥发性低分子,O,2,去胶：,O,2,C,X,H,X,450,550,CO,2,+H,2,O+,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,SiO,2,及,Si,CF,4,+O,2,：刻蚀速率增加,机理：,CF,4,+O,2,F,*,+O,*,+COF,*,+COF,2,+CO+CO,2,O,2,吸附在,Si,表面，影响刻蚀,二、干法刻蚀,CF,4,+H,2,:,刻蚀速率降低,机理：,F,*,+H,*,(H,2,),HF,CF,X,*,(x3)+SiSiF,4,+C(,吸附在,Si,表面）,CF,X,*,(x3)+,SiO,2, SiF,4,+CO+CO,2,+COF,2,5.,刻蚀设备,筒式,平板式,