蒸发刻蚀工艺培训

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,蒸发刻蚀工艺培训,芯片工艺部：段会强,2007-02-01,一、蒸发工艺,1.目的,使用蒸镀机在产品表面蒸镀一层均匀的薄膜，以便进行后续制程。,2.环境,无尘车间，温度：22,3,，湿度：5070。,3.蒸镀的分类,镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。对于LED制程，主要使用的是真空蒸发（电子束蒸镀、热蒸镀等）及化学气相生成法。,4.真空蒸发,真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜又可以分为 热电阻蒸发、电子束蒸发、高频感应蒸发和激光束蒸发等。,4.1 电阻加热蒸发法（Thermal）,采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。,上图：使用钨舟进行蒸镀,右图：蒸镀机外观图,上图：蒸镀用镀锅,利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对镀膜质量要求不太高的大批量的生产中。,电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。,1,2,6,3,5,4,8,7,10,9,19,20,18,21,40,41,39,65,42,22,38,64,热蒸镀法蒸镀常见异常：,（,1,）蒸镀源材料飞溅,（,2,）蒸镀金属错误,（,3,）蒸镀选错程序,（,4,）热蒸镀有铜（,Cu,）镀上,（,5,）蒸镀掉金,（,6,）蒸镀后有花纹、斑点,（,7,）蒸镀断钨舟,（,8,）蒸镀膜厚计异常,4.2 电子束蒸镀法（E-Beam&E-Gun）,将蒸发材料放入水冷坩锅中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。,依靠电子束轰击蒸发的真空蒸镀技术，根据电子束蒸发源的形式不同，又可分为环形枪，直枪，e型枪和空心阴极电子枪等几种。,e型电子枪，即270摄氏度偏转的电子枪克服了直枪的缺点，是目前用的较多的电子束蒸发源之一。e型电子枪可以产生很多的功率密度，能融化高熔点的金属，产生的蒸发粒子能量高，使膜层和基底结合牢固，成膜的质量较好。缺点使电子枪要求较高的真空度，并需要使用负高压，真空室内要求有查压板，这些造成了设备结构复杂，安全性差，不易维护，造价也较高。,电子束蒸发源的优点为：,（1）电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度。可以将高达3000度以上的材料蒸发，并且能有较高的蒸发速度；,（2）由于被蒸发的材料是置于水冷坩锅内，因而可避免容器材料的蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度极为重要；,（3）热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和热辐射的损失少。,常见问题,（,1,）坩埚转动卡埚,（,2,）坩埚破裂,（,3,）电子束位置打偏,（,4,）防静电,（,5,）蒸镀膜厚计异常,5.化学气相沉积法,化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。,5.1 化学气相沉积的分类,CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)。然后，还有金属有机物CVD(MOCVD)，根据金属源的自特性来保证它的分类，这些金属的典型状态是液态，在导入容器之前必须先将它气化。,5.2 等离子体增强化学气相沉积(PECVD),PECVD的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。,左图：PECVD外观图,常见问题,（1）沉积厚度不均匀,（2）沉积厚度不够,（3）沉积材料质量不好,（4）沉积材料掉落,（5）沉积后晶片表面有花纹,二、刻蚀工艺,1.目的,将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。,2.环境,无尘车间，温度：22,3,，湿度：5070。,3.分类,刻蚀可以分为干法刻蚀（Dry etch）和湿法刻蚀（Wet etch）。,4.湿法蚀刻,湿法蚀刻就是利用液相的酸液或溶剂;将不要的薄膜去除。湿蚀刻主要是依靠化学溶剂与薄膜的化学反应来进行，蚀刻完成后由溶剂带走腐蚀产物。湿蚀刻又分为等向性和非等向性蚀刻。,4.1 影响蚀刻速率的因素：,溶液浓度、溶液成分、温度、薄膜质量、薄膜的径向、晶片放置方式、操作手法等。,4.2 防护安全,湿法刻蚀主要是使用各种化学溶剂进行的腐蚀，来达到去除不需要的薄膜物质。对于我们所使用的各种化学药品，大部分都是对人体有害的，因此我们需要做好相应的防护，并了解相关的知识，尽量在工作的时候保护自己的人身安全。,左图：以湿式法进行薄膜蚀刻时，蚀刻溶液（即反应物）与薄膜所进行的反应机制,操作化学品总会涉及到对化学品的接触，因此了解它们危险性的所有知识，以及在处理和使用中的危险预防知识就显得尤为重要。化学品的危险性可以归纳为四种类型：,（1）易燃（2）腐蚀（3）化学反应 （4）有毒（毒药、致癌物质、突变剂、致畸胎原等等）,总的来说，同类化学品应该储藏在一起，所有的化学品都应储藏在封闭容器中。与化学品的接触应该尽可能控制在最小限度：工程控制，例如使用通风罩；减少使用量或采用危险性小的替代品；防护装置，例如手套、护目镜和防护服。,化学品有多种进入人体方式途径，包括：,1.吸入 2.皮肤吸收 3.食入 4.注射,化学品安全：十条基本规则：,1.了解你所用的化学品的危险性,2.对所有化学品及其废品要作正确标记,3.操作有害化学品时使用PPE,4.在通风柜中操作挥发性和有害性化学品,5.正确储藏易燃物品,6.不要单独操作有害性化学品,7.保持出口、淋浴、洗眼设施的通畅,8.保持工作区整洁,9.化学品接触皮肤应立即冲洗,10.不要在实验室饮食和化妆,5.3 湿法刻蚀特点,优点：制程简单、设备便宜、可以大量的生产；具有相当好的选择性，一般不会腐蚀目标薄膜外的其它物质。,缺点：由于湿蚀刻大部分都是等向性蚀刻（侧壁侧向蚀刻的机率均等），因此容易发生侧蚀问题，对于精度要求较高的产品不适用。,5.4 湿法刻蚀常见问题,（1）侧蚀过大,（2）污染,（3）腐蚀不均匀，有残留,左图：清洗台,6.干法刻蚀,干蚀刻是利用干蚀刻机台产生电浆，与所欲蚀刻之薄膜反应，产生气体由PUMP抽走，达到图案定义之目的。,干蚀刻通常是一种电浆蚀刻(Plasma Etching)，由于蚀刻作用的不同，电浆中离子的物理性轰击(Physical Bomboard)，活性自由基(Active Radical)与组件(芯片)表面原子内的化学反应(Chemical Reaction)，或是两者的复合作用，可分为三大类：,1、物理性蚀刻：(1)溅击蚀刻(Sputter Etching)(2)离子束蚀刻(Ion Beam Etching),2、化学性蚀刻：电浆蚀刻(Plasma Etching),3、物理、化学复合蚀刻：反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching 简称 RIE),6.1 影响干蚀刻速率的因素,腔体压力、气体的浓度及成分比例、射频功率、薄膜材料等。,6.2 干蚀刻的特点,在电浆蚀刻中，电浆是一种部分解离的气体，气体分子被解离成电子、离子，以及其它具有高化学活性的各种粒子。干蚀刻最大优点即是非等向性蚀刻(anisotropic etching)。然而，(自由基 Radical)干蚀刻的选择性却比湿蚀刻来得低，这是因为干蚀刻的蚀刻机制基本上是一种物理交互作用；因此离子的撞击不但可以移除被蚀刻的薄膜，也同时会移除光阻罩幕。,上图：湿蚀刻与干蚀刻的比较图图中(a).蚀刻前、(b).湿蚀刻、(c).干蚀刻的剖面图,6.3 安全规范,干法刻蚀的时候，要注意内部的有害气体不能泄漏。在开腔前一定要将腔体内的有毒气体抽走；在射频反应的时候，不能长时间对这观察窗观看，避免辐射都人体的伤害。,6.4 常见问题,（1）刻蚀深度不够,（2）过刻蚀,（3）刻蚀不均匀,左图：RIE等离子刻蚀机,左图：蓝绿光,芯片的图形,THE END,Thank You！,