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利于概况平展化; 概况洁脏效率高

2019-09-17
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  第十章 干法刻蚀 1 刻蚀概述 ? 刻蚀的概念: 用化学或物理的方式有选择地去除不需要的材料的工艺过 程称为刻蚀。因为硅能够做为几乎所有集成电和半导体器 件的基板材料,所以本章次要会商正在硅基板概况的刻蚀过程。 ? 刻蚀示企图: 2 刻蚀概述 ? 刻蚀的工艺目标: 把光刻胶图形切确地转移到硅片上,最初达到复制掩膜 邦畿形的目标。它是正在硅片上复制图形的最初次要图形转移 工艺。 ? 刻蚀工艺分类:干法刻蚀和湿法刻蚀 ?干法刻蚀:通过气体放电,使刻蚀气体分化、电离,由产 生的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程;刻蚀精度: 亚微米。 ?湿法刻蚀:把要侵蚀的硅片放正在化学侵蚀液里去除概况层 材料的工艺过程;刻蚀精度:大于3微米。 3 刻蚀参数 ? 相关刻蚀参数: ? ? ? ? ? ? ? 刻蚀速度 刻蚀剖面 刻蚀误差 选择比 平均性 聚合物 等离子体毁伤 4 刻蚀参数 1. 刻蚀速度 ? 刻蚀速度是指刻蚀过程中去除硅片概况不需要的材料的速度。 刻蚀速度=ΔT/t(?/min) 此中,ΔT=去掉的材料厚度(?或μm) t=刻蚀所用时间(min) 光刻胶 ?T 被刻蚀材料 Si 基板 5 刻蚀参数 2. 刻蚀剖面 ? 刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁外形。 ? 两种根基的刻蚀剖面: 各向同性和各向同性刻蚀剖面 Isotropic etch - etches in all directions at the same rate Resist Anisotropic etch - etches in only one direction Resist Film Substrate 具有垂曲刻蚀剖面的各向同性刻蚀 6 Film Substrate 湿法各向同性化学侵蚀 刻蚀参数 3. 刻蚀误差 ? 刻蚀误差是指刻蚀当前线宽或环节尺寸的变化。 刻蚀误差=Wa-Wb Bias:凹切量或侧蚀宽度 Wb Wa Resist Film Substrate (a) (b) 7 Undercut Bias Resist Overetch Film Substrate 刻蚀参数 4. 选择比 ? 选择比是指正在统一刻蚀前提下,刻蚀一种材料对另一种材料的刻 蚀速度之比。高选择比则意味着只刻除想要除去的材料,而对其 他部门不刻蚀。 ? SiO2对光刻胶的选择比 = (ΔTsio2/t1)/(ΔT胶/t1) = ΔTsio2/ΔT胶 (a)0时辰 (b)t1时辰 8 刻蚀参数 5. 平均性 ? 刻蚀平均性是指刻蚀速度正在整个硅片或整批硅片上的分歧性 环境。非平均性刻蚀会发生额外的过刻蚀。 ? 微负载效应:Aspect Ratio Dependence Etching 9 刻蚀参数 6. 聚合物 ? 聚合物是正在刻蚀过程中由光刻胶中的碳取刻蚀气体和刻蚀生成物 连系正在一路而构成的;可否构成侧壁聚合物取决于所利用的刻蚀 气体类型。 ? 聚合物的构成有时是为了正在刻蚀图形的侧壁上构成抗侵蚀膜从而 防止横向刻蚀,如许能构成高的各向同性图形,加强刻蚀的标的目的 性,从而实现对图形环节尺寸的优良节制。 10 刻蚀参数 7. 等离子体毁伤 等离子体毁伤有两种环境: ? 等离子体正在MOS晶体管栅电极发生圈套电荷惹起薄栅氧化 硅的击穿。 ? 带能量的离子对的栅氧化层或双极结概况上的氧化层 进行轰击,使器件机能退化。 11 干法刻蚀 ? 干法刻蚀的长处(取湿法刻蚀比) 1. 刻蚀剖面各向同性,很是好的侧壁剖面节制 2.最小的光刻胶零落或粘附问题 3. 好的片内、片间、批次间的刻蚀平均性 4. 化学品利用费用低 ? 干法刻蚀的错误谬误(取湿法刻蚀比) 1. 对基层材料的刻蚀选择比力差 2. 等离子体毁伤 3. 设备高贵 12 干法刻蚀 刻蚀类型 湿法侵蚀 侧壁剖面 各向同性 示企图 各向同性(取设备和参数相关) 各向同性 (取设备和参数相关) 干法刻蚀 各向同性– 锥形 硅槽 ? 湿法刻蚀是各向同性侵蚀, 不克不及实现图形的切确转移, 一般用于特征尺寸较大的 环境(≥3μm) 。 ? 干法刻蚀有各向同性侵蚀,也 有各向同性侵蚀。各向同性腐 蚀能实现图形的切确转移,是 集成电刻蚀工艺的支流手艺。 13 干法刻蚀的机制 ? 物理刻蚀:操纵离子碰撞被刻蚀概况的溅射效应而实现材料去 除的过程。 ? 化学刻蚀:通过激活的刻蚀气体取被刻蚀材料的化学感化,产 生挥发性化合物而实现刻蚀。 14 干法刻蚀的机制 ? 物理化学刻蚀:通过等离子体中的离子或活性基取被刻蚀材料间 的彼此感化实现刻蚀。 15 干法刻蚀的机制 等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比 刻蚀参数 物理刻蚀 RF场垂曲全面 化学刻蚀 RF场平行全面 物理和化学刻蚀 RF场垂曲全面 刻蚀机理 侧壁剖面 选择比 刻蚀速度 线宽节制 物理离子溅射 各向同性 低/难提高 (1:1) 高 好 活性元素 化学反映 各向同性 很高 (500:1) 慢 很是差 离子溅射和活性 元素化学反映 各向同性 高(5:1 ~100:1) 适中 很好 16 干法刻蚀的过程 硅片的等离子体刻蚀过程图 17 干法刻蚀的起点查抄 起点检测的常用方式:光发射谱法 机理:正在等离子体刻蚀中,活性基团取被刻蚀材料反映的同时, 基团被激发并发出特定波长的光,操纵带波长过滤器的探测器,探 测等离子体中的反映基团发光强度的变化来检测刻蚀过程能否竣事。 18 等离子体刻蚀 ? 等离子体刻蚀机理 ① 进入实空反映室的刻蚀气体正在射频电场的感化下分化电离形 成等离子体,等离子体由高能电子、反映正离子、基、反映原 子或原子团构成。 ② 基和反映原子或原子团的化学性质很是活跃,它们形成 了等离子体的反映元素,基、反映原子或原子团取被刻蚀的材 料进行化学反映构成了等离子体刻蚀。 ? 等离子体干法刻蚀系统的根基部件包罗:发生刻蚀反映的反映室、 一个发生等离子体的射频电源、气体流量节制系统、去除刻蚀生成 物和气体的实空系统。 ? 等离子体刻蚀又称为激发反映气体刻蚀,属于化学刻蚀,各向同性。 19 等离子体刻蚀 ? 圆桶式等离子体刻蚀机 刻蚀系统的射频电场平行于硅片概况,不存正在反映离子轰击, 只要化学感化(仅正在激发原子或活性氛围中进行刻蚀)。 20 反映离子刻蚀 ? RIE (Reactive Ion Etch)机理 ①进入实空反映室的刻蚀气体正在射频电场的感化下分化电离构成等离 子体,等离子体由高能电子、反映正离子、基、反映原子或原 子团构成。 ②反映室被设想成射频电场垂曲于被刻蚀样片概况且射频电源电极 (称为阴极)的面积小于接地电极(称为阳极)的面积时,正在系统 的电源电极上发生一个较大的自偏置电场。 ③等离子体中的反映正离子正在自偏置电场中加快获得能量轰击样片表 面,这种离子轰击不只对样片概况有必然的溅射感化构成物理刻蚀, 并且提高了概况层基和反映原子或原子团的化学活性,加快取 样片的化学反映。 ④因为离子轰击的标的目的性,蒙受离子轰击的底面比未蒙受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多,达到了很好的各向同性。 21 反映离子刻蚀 ? RIE: 物理刻蚀+化学刻蚀 22 反映离子刻蚀 ? 高密度等离子体刻蚀 ? 正在先辈的集成电制制手艺中,保守的RIE系统不克不及满脚0.25 微米 以下尺寸高深宽比图形的刻蚀要求,于是成长了高密度等离子体 RIE系统。 ? 高密度等离子体用于干法刻蚀的特征: 23 反映离子刻蚀 通俗RIE及高密度等RIE系统比力: 24 反映离子束刻蚀 ? 定义:将离子以束状堆积以进行刻蚀加工的手艺即为离 子束刻蚀。离子由非活性气体发生,仅通过溅射进行物 理刻蚀的体例为溅射离子束刻蚀。当被离子束映照的位 置存正在活性气体时,化学反映同时发生的体例为反映离 子束刻蚀(RIBE-Reactive Ion Beam Etching)。 ? RIBE 的一个主要参数是离子束曲径。目前,可聚焦到最 细的离子束曲径为0.04 ?m, 宽束离子束曲径可达200 mm以 上。 25 反映离子束刻蚀 ? 聚焦离子束(FIB):颠末透镜聚焦构成的、束径正在0.1 ?m以 下的极微细离子束。 ? FIB的离子源次要有液态金属离子源(LMIS,常选用金属 Ga)和电场电离型气体离子源(FI,常选用H2、He、Ne等) 两大类。 26 反映离子束刻蚀 ? 大束径离子束刻蚀:束径10~20 cm,效率高,质量平均。 常用大束径离子束设备有两种: Kaufman型:热阴极、 磁控管阳极组合放电 ECR型:冷阴极 放电ECR离子源 27 气体离化团束加工手艺 ? 材料概况改性手艺的成长要求轰击离子注入到靶材概况的深度正在 数纳米范畴内,而低能离子束很难实现这一要求。 ? 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由构成原子共享,平均每个 原子的入射能量约正在 10 eV以下。因此,正在碰撞过程中,团束原 子的全体活动使得团束仅对靶材概况的前几个原子层发生轰击效 应。 30 kV的气体离化团束设备图 28 气体离化团束加工手艺 ? GCIB的长处: ? ? ? ? 浅层注入,毁伤小; 高产额溅射(比单原子离子超出跨越100倍以上); 侧向溅射,利于概况平展化; 概况洁净效率高。 29 微机械加工 30 干法刻蚀用离子源的开辟 干法刻蚀用离子源的要求: 31 干法刻蚀设备实例 ICP高密度等离子刻蚀膜系统-中科院上海微系统所 32 习题 ? 试比力干法刻蚀和湿法刻蚀的优错误谬误 ? 比力物理干法刻蚀和化学干法刻蚀的机制 33

  第10章 干法刻蚀_理学_高档教育_教育专区。第十章 干法刻蚀 1 刻蚀概述 ? 刻蚀的概念: 用化学或物理的方式有选择地去除不需要的材料的工艺过 程称为刻蚀。因为硅能够做为几乎所有集成电和半导体器 件的基板材料,所以本章次要会商正在硅基