硅的干法刻蚀简介
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着硅珊ＭＯＳ器件的出现，多晶硅渐渐成为先进器件材料的主力军。除了用作ＭＯＳ栅
极之外多晶硅还广泛应用于ＤＲＡＭ的深沟槽电容极扳填充，闪存工艺中的位线和字线。这些工艺的实现都离不开硅的干法刻蚀技术其中还包括浅槽隔离的单晶硅刻蚀和金属硅化物的刻蚀。为了满足越来越苛刻的要求，业界趋向于采用较低的射频能量并能产生低压和高密度的等离子体来实现硅的干法刻蚀。感应耦合等离子刻蚀技术（ＩＣＰ）被广泛应用于硅及金属硅化物刻蚀，具有极大技术优势和前景。它比典型的电容耦合（ＣＣＰ）等离子刻蚀技术高出１０￣２０倍。此外，其对离子浓度和能量的独立控制扩大了刻蚀工艺窗口及性能。
硅栅（Ｐｏｌｙ Ｇａｔｅ）的干法刻
蚀：
随着晶体管尺寸的不断缩小对硅栅的刻蚀就越具有挑战性。这种挑战体现在对关键尺寸（ＣＤ）及其均匀性的控制，即对栅氧化层选择比的提高，对剖面轮廓的一致性控制以及减少等离子导致的损伤。
因为受到光刻线宽的限制，为达到最后的ＣＤ 线宽要求往往需要先对光阻进行缩小处理，然后进一步往下刻蚀。ＢＡＲＣ打开后，再以光阻为阻挡层将ＴＥＯＳ 打开。 接着把剩余的光阻去除，再以ＴＥＯＳ作为阻挡层对硅栅进行刻蚀。为了保护栅极氧化层不被损伤，通常要把硅栅的刻蚀分成几个步骤：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀。主刻蚀通常有比较高的刻蚀率但对氧化硅的选择比较小。通过主刻蚀可基本决定硅栅的剖面
硅的干法刻蚀简介
应用材料中国，葛强
轮廓和关键尺寸。着陆刻蚀通常对栅极氧化层有比较高的选择比以确保栅极氧化层不被损伤。一旦触及到栅极氧化层后就必须转成对氧化硅选择比更高的过刻蚀步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层。
ＣＬ２，ＨＢｒ，ＨＣＬ是硅栅刻蚀的主要气体，ＣＬ２和硅反应生成挥发性的ＳｉＣｌ４而ＨＢｒ和硅反应生成的ＳｉＢｒ４ 同样具有挥发性。通常会在这些主刻蚀气体中加入小流量的氧气，一方面是为了在侧壁生成氧化硅从而增加对侧壁的保护；另一方面也提高了对栅极氧化层的选择比。在标准的ＩＣＰ双耦合刻蚀腔体中，ＨＢｒ－Ｏ２的组合通常能达到大于１００：１的选择比。为了避免伤及栅极氧化层，任何带Ｆ基的气体如ＣＦ４，ＳＦ６，ＮＦ３都不能在过刻蚀的步骤中使用。
浅沟槽（ＳＴＩ）的干法刻蚀：
在０．２５ｕｍ和以下的技术节点中，浅沟槽隔离技术被广泛应用。 因为它在减小表面积的同时提供更加有效的隔离。作为沟槽硅刻蚀的阻挡层可以直接用光阻但更多是采用氮化硅作为硅刻蚀的阻挡层。先用光阻作为氮化硅刻蚀的阻挡层，然后用氧等离子体将剩余的光阻除去，最后以氮化硅为阻挡层完成浅沟槽的刻蚀。
浅沟槽刻蚀的难点在于沟槽深度的匀度小于１００仯
饩拖嗟庇谛∮？．２５％
的均匀性。随着硅片尺寸的增加要达到这样的要求就必须严格控制氮化过刻蚀、ＢＴ刻蚀和浅槽刻蚀的均匀性，每一步都会对最后的结果产生影响。其次为了满足沟槽隔离氧化物的填充要求，剖面轮廓的控制也是非常重要的环节。因
随
为太垂直的轮廓不利于ＨＤＰＣＶＤ的沉积，所以通常会要求适当的倾斜度。另外随着工艺尺寸的缩小，要求达到更高的深宽比使得剖面轮廓控制和深度均匀性控制受到更大的挑战．。当然ＣＤ 的均匀性和剩余氮化硅的均匀性也是重要的技术指标。
ＣＬ２和ＨＢｒ依然是浅沟槽的刻蚀的主要气体，再配合小流量的氧气和氮气来产生氮氧化硅形成侧壁钝化层从而达到理想的刻蚀剖面轮廓。氦气和氩气通常用作辅助稀释的作用。
另外浅槽底部轮廓同样影响到氧化物的填充。采用ＣＬ２ 做为主刻蚀的气体容易形成比较直的剖面轮廓和凸型的底部轮廓。采用ＨＢｒ 作为主刻蚀气体能得到比较斜的剖面轮廓和凹形的底部轮廓。
在实际生产中经常会遇到硅刻蚀的反应物没有被及时的清洗从而导致产品被污染的现象。这是因为硅片完成刻蚀离开反应腔时，在硅片的表面还有大量的Ｃｌ 和Ｂｒ 残留。 它们具有较强的挥发
性。当硅片暴露在空气中，空气中的水汽和ＣＬ、Ｂｒ形成ＨＣＬ和 ＨＢｒ。这些酸性物质会腐蚀和它们接触的表面形成一定程度的污染。为了防止这样的现象发生可以采用Ｏ２等离子清除表面的残留，或者利用腔体净化功能减少污染源。另外还应尽量减少硅片暴露在空气中的时间，尽快洗去表面污染物。
随着关键尺寸的不断缩小和硅片尺寸的扩大。先进的３００ｍｍ 硅刻蚀工艺腔体的气体和温度多采用内圈和外圈独立的控制以满足苛刻的工艺要求。可变的腔体尺寸也是业界的方向之一。腔体内环境的控制和不同硅片的一致性控制也是生产中最常遇到的问题。
干法刻蚀工艺
干法刻蚀工艺 干法刻蚀工艺可分为物理性刻蚀与化学性刻蚀两种方式。物理性刻蚀是利用辉光放电将气体（如氩）电离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面而将被刻蚀物的原子击出，该过程完全是物理上的能量转移，故称为物理性刻蚀。其特色在于，具有非常好的方向性，可获得接近垂直的刻蚀轮廓。但是由于离子是全面均匀地溅射在芯片上，所以光刻胶和被刻蚀材料同时被刻蚀，造成刻蚀选择性偏低。同时，被击出的物质并非挥发性物质，这些物质容易二次沉积在被刻蚀薄膜的表面及侧壁上。因此，在超大规模集成化制作工艺中，很少使用完全物理方式的干法刻蚀方法。 化学性刻蚀或称为等离子体刻蚀( PLASMA Etching，PE)，是利用等离子体将刻蚀气体电离并形成带电离子、分子及反应性很强的原子团，它们扩散到被刻蚀薄膜表面后与被刻蚀薄膜的表面原子反应生成具有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离反应腔。因这种反应完全利用化学反应，故称为化学性刻蚀。这种刻蚀方式与前面所讲的湿法刻蚀类似，只是反应物与产物的状态从液态改为气态，并以等离子体来加快反应速率。因此，化学性干法刻蚀具有与湿法刻蚀类似的优点与缺点，即具有较高的掩膜／底层的选择比及等向性。鉴于化学性刻蚀等向性的缺点，在半导体工艺中，只在刻蚀不需要图形转移的步骠（如光刻胶的去除）中应用纯化学刻蚀方法。 最为广泛使用的方法是结合物理性的离子轰击与化学反应的反应离子刻蚀( RIE)。这种方式兼具非等向性与高刻蚀选择比的双重优点。刻蚀的进行主要靠化学反应来实现，加入离子轰击的作用有两方面。 1)破坏被刻蚀材质表面的化学键以提高反应速率。 2)将二次沉积在被刻蚀薄膜表面的产物或聚合物打掉，以使被刻蚀表面能充分与刻蚀气体接触。由于在表面的二次沉积物可被离子打掉，而在侧壁上的二次沉积物未受到离子的轰击，可以保留下来阻隔刻蚀表面与反应气体的接触、使得侧壁不受刻蚀，所以采用这种方式可以获得非等向性的刻蚀效果。 当应用于法刻蚀时，主要应注意刻蚀速率、均匀度、选择比及刻蚀轮廓等因素。
MEMS深硅刻蚀工艺研究报告
MEMS深硅刻蚀工艺 研究报告
学院：机械与材料工程学院 班级：机械14-5 姓名： 学号： 指导教师： 目录 1、背 景................................................................................. (3) 2、ICP干法刻蚀原 理 (6) 3、ICP刻蚀硅实 验 (8)
3.1、光刻工艺 3.2、ICP刻蚀硅工艺 背景 一、什么是MEMS 微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部
结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。主要由传感器、动作器（执行器）和微能源三大部分组成。MEMS是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。 微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。 二、MEMS用途 MEMS侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。 MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。 三、刻蚀工艺用途 刻蚀技术（etching technique），是在半导体工艺，按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术。刻蚀技术不仅是半导体器件和集成电路的基本制造工艺，而且还应用于薄膜电路、印刷电路
干法刻蚀工艺总结
干法刻蚀工艺总结 离子束刻蚀机（IBE-150A） 背景: 利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子，氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。把Ar、Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。 技术指标： 装片：一片六英寸衬底、或1片四英寸，向下兼容。 抽气速度：30min由ATM到1.0×10-3Pa 极限真空度：2×10-4Pa 离子能量：300eV-400eV
ICP刻蚀机（OXFORD ICP 180） 背景: 通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。另外，由于该系统使用了Cl基和Br基的刻蚀气体，因此该ICP系统适合于对Ⅲ-Ⅴ族化合物材料进行刻蚀。 技术指标： ICP离子源：0~3000W RF射频源：0~600W 装片：1片四英寸，向下兼容 基底刻蚀温度：0℃-200℃可调。 刻蚀气体：BCl 3、Cl 2 、HBr、Ar、O 2 可刻蚀材料包括：GaN、GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料
ICP刻蚀机（STS HRM） 背景： 通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。该系统使用了F基的刻蚀气体，具有Bosch工艺，适合于对硅材料进行大深宽比刻蚀。 技术指标： ICP离子源：0-3000W RF射频源：0-600W 装片系统：六英寸，向下兼容 基底刻蚀温度：0℃-200℃可调。 刻蚀气体：SF6、C4F8、O2、Ar 可刻蚀材料包括：硅材料
深硅刻蚀工艺原理
硅蚀刻工艺在MEMS中的应用 文章来源：本站原创 点击数：97 录入时间：2006-4-7 减小字体增大字体 Dave Thomas / Trikon Technologies，Newport，Wales，United Kingdom 本文介绍了在现代微机电系统（MEMS；Micro Electro-Mechanical System）制造过程中必不可少的硅蚀刻流程，讨论了蚀刻设备对于满足四种基本蚀刻流程的要求并做了比较，包括块体（bulk）、精度（pre cision）、绝缘体上硅芯片（SOI；Silicon On Insulator）及高深宽比的蚀刻（high aspect ratio etching）等。并希望这些基本模块能衍生出可提供具备更高蚀刻率、更好的均匀度、更平滑的蚀刻侧壁及更高的高深宽比的蚀刻能力等蚀刻设备，以满足微机电系统的未来发展需求。 微机电系统是在芯片上集成运动件，如悬臂（cantilever）、薄膜（membrane）、传感器（sensor）、反射镜（mirror）、齿轮（gear）、马达（motor）、共振器（resonator）、阀门（valve）和泵（pump）等。这些组件都是用微加工技术（micromachining）制造的。由于硅材料的机械性及电性众所周知，以及它在主流IC制造上的广泛应用，使其成为微加工技术的首要选择材料。在制造各式各样的坑、洞、齿状等几何形状的方法中，湿式蚀刻具有快速及低成本的优势。然而，它所具有对硅材料各方向均以相同蚀刻速率进行的等向性（isotropic）蚀刻特性、或者是与硅材料的晶体结构存在的差异性、产生不同蚀刻速率的非等向性（a nisotropic）等蚀刻特性，会限制我们在工艺中对应用制造的特定要求，例如喷墨打印机的细微喷嘴制造（非等向性蚀刻特性总会造成V形沟槽，或具锥状（tapered walls）的坑洞，使关键尺寸不易控制）。而干式蚀刻正可克服这个应用限制，按照标准光刻线法（photolithographic）的光罩所定义的几何图案，此类干式蚀刻工艺可获取具有垂直侧壁的几何图案。举例来说，通常要蚀刻定义出较大尺寸的组件，如电容式加速微传感器（capacitive accelerometers）。通常我们会优先考虑湿式蚀刻方式，但对于需要更精确尺寸控制、或是整体尺寸需微缩的组件的制造，则会考虑选择采用干式蚀刻来达到工艺要求。 硅蚀刻 广泛应用的硅蚀刻方法，是起源于德国Robert Bosch公司开发的非等向性硅蚀刻工艺方法，被称为Bosch 气体交替技术（Bosch gas-switching technique）[1]。利用具有非等向性蚀刻反应的等离子源，与通过反应形成高分子蔽覆层（polymeric passivation layer）的另一种等离子源，两者反复交替进行的方法，以达到硅蚀刻的工艺要求。常用的在硅蚀刻生产过程中的气体选择，多是采用SF6（六氟化硫），因其可在能量只有2 0eV的条件下即可分解出6个氟原子，而这些氟原子会继续与Si反应形成挥发性SiF4（四氟化硅）。理论上，已定义几何图案的6寸硅晶圆占据了大约15%的裸片面积，设定等离子反应室内压力>30mtorr、SF6
半导体工艺 干法刻蚀 铝刻蚀
干法刻蚀之铝刻蚀 在集成电路的制造过程中，刻蚀就是利用化学或物理方法有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。 干法的各向异性刻蚀，可以用表面损伤和侧壁钝化两种机制来解释。表面损伤机制是指，与硅片平行的待刻蚀物质的图形底部，表面的原子键被破坏，扩散至此的自由基很容易与其发生反应，使得这个方向的刻蚀得以持续进行。与硅片垂直的图形侧壁则因为表面原子键完整，从而形态得到保护。侧壁钝化机制是指，刻蚀反应产生的非挥发性的副产物，光刻胶刻蚀产生的聚合物，以及侧壁表面的氧化物或氮化物会在待刻蚀物质表面形成钝化层。图形底部受到离子的轰击，钝化层会被击穿，露出里面的待刻蚀物质继续反应，而图形侧壁钝化层受到较少的离子轰击，阻止了这个方向刻蚀的进一步进行。 在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及以上的逻辑产品中。本文着重介绍金属铝的刻蚀工艺。
金属铝刻蚀通常用到以下气体：Cl2、BCl3、Ar、 N2、CHF3和C2H4等。Cl2作为主要的刻蚀气体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物AlCl3被气流带出反应腔。BCl3一方面提供BCl3＋，垂直轰击硅片表面，达到各向异性的刻蚀。另一方面，由于铝表面极易氧化成氧化铝，这层自生氧化铝在刻蚀的初期阻隔了Cl2和铝的接触，阻碍了刻蚀的进一步进行。添加BCl3 则利于将这层氧化层还原（如方程式1），促进刻蚀过程的继续进行。 Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl （1） Ar电离生成Ar＋，主要是对硅片表面提供物理性的垂直轰击。 N2、CHF3和C2H4是主要的钝化气体，N2与金属侧壁氮化产生的AlxNy，CHF3和C2H4与光刻胶反应生成的聚合物会沉积在金属侧壁，形成阻止进一步反应的钝化层。 一般来说，反应腔的工艺压力控制在6-14毫托。压力越高，在反应腔中的Cl2浓度越高，刻蚀速率越快。压力越低，分子和离子的碰撞越少，平均自由程增加，离子轰击图形底部的能力增强，这样刻蚀反应速率不会降低甚至于停止于图形的底部。
干法刻蚀技术
蚀刻技术 最早的蚀刻技术是利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜 未被光阻覆盖的部分，而达到蚀刻的目的，这种蚀刻方式也就是所谓的湿式蚀刻。因为湿式蚀刻是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿式蚀刻过程为等向性，一般而言此方式不足以定义3微米以下的线宽，但对于3微米以上的线宽定义湿式蚀刻仍然为一可选择采用的技术。 湿式蚀刻之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的蚀刻选择比等优点。但相对于干式蚀刻，除了无法定义较细的线宽外，湿式蚀刻仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光阻附着性问题；4) 气泡形成及化学蚀刻液无法完全与晶圆表面接触所造成的不完全及不均匀的蚀刻； 5) 废气及潜在的爆炸性。 湿式蚀刻过程可分为三个步骤：1) 化学蚀刻液扩散至待蚀刻材料之表面； 2) 蚀刻液与待蚀刻材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从蚀刻材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出(3)。三个步骤中进行最慢者为速率控制步骤，也就是说该步骤的反应速率即为整个反应之速率。 大部份的蚀刻过程包含了一个或多个化学反应步骤，各种形态的反应都有可能发生，但常遇到的反应是将待蚀刻层表面先予以氧化，再将此氧化层溶解，并随溶液排出，如此反复进行以达到蚀刻的效果。如蚀刻硅、铝时即是利用此种化学反应方式。 湿式蚀刻的速率通常可藉由改变溶液浓度及温度予以控制。溶液浓度可改变反应物质到达及离开待蚀刻物表面的速率，一般而言，当溶液浓度增加时，蚀刻速率将会提高。而提高溶液温度可加速化学反应速率，进而加速蚀刻速率。 除了溶液的选用外，选择适用的屏蔽物质亦是十分重要的，它必须与待蚀刻材料表面有很好的附着性、并能承受蚀刻溶液的侵蚀且稳定而不变质。而光阻通常是一个很好的屏蔽材料，且由于其图案转印步骤简单，因此常被使用。但使用光阻作为屏蔽材料时也会发生边缘剥离或龟裂的情形。边缘剥离乃由于蚀刻溶液的侵蚀，造成光阻与基材间的黏着性变差所致。解决的方法则可使用黏着促进剂来增加光阻与基材间的黏着性，如Hexamethyl-disilazane (HMDS)。龟裂则是因为光阻与基材间的应力差异太大，减缓龟裂的方法可利用较具弹性的屏蔽材质来吸收两者间的应力差。 蚀刻化学反应过程中所产生的气泡常会造成蚀刻的不均匀性，气泡留滞于基材上阻止了蚀刻溶液与待蚀刻物表面的接触，将使得蚀刻速率变慢或停滞，直到气泡离开基材表面。因此在这种情况下会在溶液中加入一些催化剂增进蚀刻溶液与待蚀刻物表面的接触，并在蚀刻过程中予于搅动以加速气泡的脱离。 以下将介绍半导体制程中常见几种物质的湿式蚀刻：硅、二氧化硅、氮化硅及铝。 5-2-1 硅的湿式蚀刻 在半导体制程中，单晶硅与复晶硅的蚀刻通常利用硝酸与氢氟酸的混合液来进行。此反应是利用硝酸将硅表面氧化成二氧化硅，再利用氢氟酸将形成的二氧化硅溶解去除，反应式如下： Si + HNO3 + 6HF à H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O 上述的反应中可添加醋酸作为缓冲剂(Buffer Agent)，以抑制硝酸的解离。而蚀刻速率的调整可藉由改变硝酸与氢氟酸的比例，并配合醋酸添加与水的稀释
第七讲 硅的深刻蚀技术
硅的深刻蚀技术 硅RIE刻蚀的基本原理 含有F, Cl, Br，I单质或者化合物气体均可以作为硅的刻蚀剂， 添加一些辅助气体有助于提高它的选择性， 常用刻蚀剂组合如：CF4/O2, CF2CL2, CF3CL, SF6/O2/CL2，CCL4, NF3, CCL4, CHF3等 不管上述哪一种化合物作为刻蚀剂，在等离子体中都会存在大量的卤素原子，它们以化学吸附方式与硅表面结合，在没有外力作用的情况下，反应生成的产物分离的速率很慢，特别是Cl,Br,I原子更是如此，构成了Si与其它活性成份进一步接触的障碍，但是，当它们得到电子之后，就会与Si 一起离开表面，
所以，重掺杂的N型硅会显著增加自发反应的速度。这种反应是热力学上自发进行的反应，只要使它们相遇便能够促成反应，因此它是各向同性的，从热力学观点出发，按照F, Cl, Br, I顺序，它们与Si自发反应的能力逐渐减弱，I并不常用，可能是它的蒸汽压比较低，与硅的化合物不那么稳定。 各向同性刻蚀的典型剖面 高深宽比刻蚀的机理 RIE刻蚀效应被分为两种机制： 溅射刻蚀 化学反应刻蚀
研究表明，具有20-40eV以上能量的粒子均有可能通过轰击而使固体表面的原子脱离原来位置，形成溅射刻蚀，它主要是借助离子轰击实现的。前面曾经讲到离子束刻蚀，方向性是它的重要特征。 化学刻蚀则是借助接触吸附，各向同性地进行，它主要是中性粒子完成的，它的存在需要满足两个方面的条件： 1.体系中存在能够形成挥发性化合物的基础物质，并且能够扩散到达硅表面 2.最终要挥发的化合物必须有足够的稳定性，以便它一旦形成，便有足够稳定性以减少再次分解的几率。 同时，要创造条件促成其尽快脱离反应界面，如低气压等 其实简单地将它们二者相加并不能很好地解释各种实验现象，研究人员发现，中性粒子化学作用与离子轰击相结合所能够产生的刻蚀速率，会十倍于它们单独作用的速率和。
1干法刻蚀和湿法刻蚀
1 干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀是把硅片表面暴露于空气中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应，从而去掉暴露的表面材料。 湿法腐蚀是以液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。 2刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用。A/min表示 刻蚀速率=T/t(。A/min) 其中T=去掉的材料厚度 t=刻蚀所用的时间 为了高的产量，希望有高的刻蚀速率。 3刻蚀选择比指的是同一刻蚀条件下一种材料与另一种刻蚀材料相比刻蚀速率快多少。他定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。 干法刻蚀的选择比低，通常不能提供对下一层材料足够高的刻蚀选择比。 高选择比意味着只刻除想要刻去的那层。 4干法刻蚀的主要目的完整的把掩膜图形复制到硅片表面上。 优点：刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制， 好的CD控制 最小的光刻胶脱落或粘附问题 好的片内，片间，批次间的刻蚀均匀性 较低的化学制品使用和处理费用 不足：对下层材料的差的刻蚀选择比，等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备。 5化学机理：等离子体产生的反应元素与硅片表面的物质发生反应，为了获得高的选择比，进入腔体的气体都经过了慎重选择。等离子体化学刻蚀由于它是各向同性的，因而线宽控制差。 物理机理：等离子体产生的带能粒子在强电场下朝硅片表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料。 6基本部件：发生刻蚀反应的反应腔，一个产生等离子体的射频电源，气体流量控制系统，去除刻蚀生成物和气体的真空系统。 氟刻蚀二氧化硅，氯和氟刻蚀铝，氯，氟和溴刻蚀硅，氧去除光刻胶。 7 ECR反应器在1-10毫托的工作压力下产生很密的等离子体，他在磁场环境中采用微波激励源来产生高密度等离子体。ECR反应器的一个关键点是磁场平行于反映剂的流动方向，这使得自由电子由于磁力的作用做螺旋形运动。当电子的回旋频率等于所加的微波电场频率时，能有效把电能转移到等离子体中的电子上。这种振荡增加了电子碰撞的可能性，从而产生高密度的等离子体，获得大的离子流。 8氟基气体 三个步骤：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，刻至终点的主刻蚀，用来刻蚀大部分的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。
综述报告——刻蚀简介
微加工技术——刻蚀简介 自从半导体诞生以来，很大程度上改变了人类的生产和生活。半导体除了在计算机领域应用之外，还广泛地应用于通信、网络、自动遥控及国防科技领域。本文主要介绍半导体制造工艺中的刻蚀工艺。随着半导体制造大规模集成电路技术的发展，图形加工线条越来越细，硅片尺寸越来越大，对刻蚀工艺的要求也越来高。因此，学习了解刻蚀工艺十分必要。本文将主要从刻蚀简介、刻蚀参数及现象、干法刻蚀和湿法刻蚀四个方面进行论述。 1、刻蚀简介 1.1 刻蚀定义及目的 刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜层除去，从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。刻蚀的基本目的，是在涂光刻胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形[1]。 刻蚀，通常是在光刻工艺之后进行。通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在硅片上。从这一角度而言，刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。在通常的刻蚀过程中，有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护硅片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。其工艺流程示意图如下。
1.2 刻蚀的分类 从工艺上分类的话，在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。 干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应，刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法[1]。该工艺技术的突出优点在于，是各向异性刻蚀（侧向腐蚀速度远远小于纵向腐蚀速度，侧向几乎不被腐蚀），因此可以获得极其精确的特征图形。超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成极其精确的图形转移。任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。由于干法刻蚀技术在图形转移上的突出表现，己成为亚微米尺寸下器件刻蚀的最主要工艺方法。在特征图形的制作上，已基本取代了湿法腐蚀技术。 对于湿法腐蚀，就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。当然，在通过湿法腐蚀获得特征图形时，也要通过经光刻开出的掩膜层窗口，腐蚀掉露出的表面材料。但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言，由于湿法刻蚀是各向同性刻蚀（侧向与纵向腐蚀速度相同），在形成特征图形方面，湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。由于这一特点，湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。但由于它的高选择比和批量制作模式，湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒等工艺步骤中。干法刻蚀和湿法刻蚀的区别可以见如下示意图。 （a）湿法刻蚀的各向同性刻蚀剖面（b）干法刻蚀的各向异性刻蚀剖面从刻蚀材料上来分类的话，刻蚀主要可分为金属刻蚀、介质刻蚀、硅（多晶硅）刻蚀。
硅的干法刻蚀简介
https://www.360docs.net/doc/91982453.html, → 着硅珊ＭＯＳ器件的出现，多晶硅渐渐成为先进器件材料的主力军。除了用作ＭＯＳ栅 极之外多晶硅还广泛应用于ＤＲＡＭ的深沟槽电容极扳填充，闪存工艺中的位线和字线。这些工艺的实现都离不开硅的干法刻蚀技术其中还包括浅槽隔离的单晶硅刻蚀和金属硅化物的刻蚀。为了满足越来越苛刻的要求，业界趋向于采用较低的射频能量并能产生低压和高密度的等离子体来实现硅的干法刻蚀。感应耦合等离子刻蚀技术（ＩＣＰ）被广泛应用于硅及金属硅化物刻蚀，具有极大技术优势和前景。它比典型的电容耦合（ＣＣＰ）等离子刻蚀技术高出１０￣２０倍。此外，其对离子浓度和能量的独立控制扩大了刻蚀工艺窗口及性能。 硅栅（Ｐｏｌｙ Ｇａｔｅ）的干法刻 蚀： 随着晶体管尺寸的不断缩小对硅栅的刻蚀就越具有挑战性。这种挑战体现在对关键尺寸（ＣＤ）及其均匀性的控制，即对栅氧化层选择比的提高，对剖面轮廓的一致性控制以及减少等离子导致的损伤。 因为受到光刻线宽的限制，为达到最后的ＣＤ 线宽要求往往需要先对光阻进行缩小处理，然后进一步往下刻蚀。ＢＡＲＣ打开后，再以光阻为阻挡层将ＴＥＯＳ 打开。 接着把剩余的光阻去除，再以ＴＥＯＳ作为阻挡层对硅栅进行刻蚀。为了保护栅极氧化层不被损伤，通常要把硅栅的刻蚀分成几个步骤：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀。主刻蚀通常有比较高的刻蚀率但对氧化硅的选择比较小。通过主刻蚀可基本决定硅栅的剖面 硅的干法刻蚀简介 应用材料中国，葛强 轮廓和关键尺寸。着陆刻蚀通常对栅极氧化层有比较高的选择比以确保栅极氧化层不被损伤。一旦触及到栅极氧化层后就必须转成对氧化硅选择比更高的过刻蚀步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层。 ＣＬ２，ＨＢｒ，ＨＣＬ是硅栅刻蚀的主要气体，ＣＬ２和硅反应生成挥发性的ＳｉＣｌ４而ＨＢｒ和硅反应生成的ＳｉＢｒ４ 同样具有挥发性。通常会在这些主刻蚀气体中加入小流量的氧气，一方面是为了在侧壁生成氧化硅从而增加对侧壁的保护；另一方面也提高了对栅极氧化层的选择比。在标准的ＩＣＰ双耦合刻蚀腔体中，ＨＢｒ－Ｏ２的组合通常能达到大于１００：１的选择比。为了避免伤及栅极氧化层，任何带Ｆ基的气体如ＣＦ４，ＳＦ６，ＮＦ３都不能在过刻蚀的步骤中使用。 浅沟槽（ＳＴＩ）的干法刻蚀： 在０．２５ｕｍ和以下的技术节点中，浅沟槽隔离技术被广泛应用。 因为它在减小表面积的同时提供更加有效的隔离。作为沟槽硅刻蚀的阻挡层可以直接用光阻但更多是采用氮化硅作为硅刻蚀的阻挡层。先用光阻作为氮化硅刻蚀的阻挡层，然后用氧等离子体将剩余的光阻除去，最后以氮化硅为阻挡层完成浅沟槽的刻蚀。 浅沟槽刻蚀的难点在于沟槽深度的匀度小于１００仯 饩拖嗟庇谛∮？．２５％ 的均匀性。随着硅片尺寸的增加要达到这样的要求就必须严格控制氮化过刻蚀、ＢＴ刻蚀和浅槽刻蚀的均匀性，每一步都会对最后的结果产生影响。其次为了满足沟槽隔离氧化物的填充要求，剖面轮廓的控制也是非常重要的环节。因 随 为太垂直的轮廓不利于ＨＤＰＣＶＤ的沉积，所以通常会要求适当的倾斜度。另外随着工艺尺寸的缩小，要求达到更高的深宽比使得剖面轮廓控制和深度均匀性控制受到更大的挑战．。当然ＣＤ 的均匀性和剩余氮化硅的均匀性也是重要的技术指标。 ＣＬ２和ＨＢｒ依然是浅沟槽的刻蚀的主要气体，再配合小流量的氧气和氮气来产生氮氧化硅形成侧壁钝化层从而达到理想的刻蚀剖面轮廓。氦气和氩气通常用作辅助稀释的作用。 另外浅槽底部轮廓同样影响到氧化物的填充。采用ＣＬ２ 做为主刻蚀的气体容易形成比较直的剖面轮廓和凸型的底部轮廓。采用ＨＢｒ 作为主刻蚀气体能得到比较斜的剖面轮廓和凹形的底部轮廓。 在实际生产中经常会遇到硅刻蚀的反应物没有被及时的清洗从而导致产品被污染的现象。这是因为硅片完成刻蚀离开反应腔时，在硅片的表面还有大量的Ｃｌ 和Ｂｒ 残留。 它们具有较强的挥发 性。当硅片暴露在空气中，空气中的水汽和ＣＬ、Ｂｒ形成ＨＣＬ和 ＨＢｒ。这些酸性物质会腐蚀和它们接触的表面形成一定程度的污染。为了防止这样的现象发生可以采用Ｏ２等离子清除表面的残留，或者利用腔体净化功能减少污染源。另外还应尽量减少硅片暴露在空气中的时间，尽快洗去表面污染物。 随着关键尺寸的不断缩小和硅片尺寸的扩大。先进的３００ｍｍ 硅刻蚀工艺腔体的气体和温度多采用内圈和外圈独立的控制以满足苛刻的工艺要求。可变的腔体尺寸也是业界的方向之一。腔体内环境的控制和不同硅片的一致性控制也是生产中最常遇到的问题。
第二章干法刻蚀的介绍
第二章干法刻蚀的介绍 2. 1刻蚀、干法刻蚀和湿法腐蚀 2. 1 .1关于刻蚀 刻蚀，是指用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目的，是在涂胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形[1]。 刻蚀，通常是在光刻工艺之后进行。我们通常通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在硅片上。从这一角度而言，刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。在通常的刻蚀过程中，有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护硅片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。 2.1.2干法刻蚀与湿法刻蚀 在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。 干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应，刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法[1]。该工艺技术的突出优点在于，可以获得极其精确的特征图形。超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成极其精确的图形转移。任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。由于干法刻蚀技术在图形轶移上的突出表现，己成为亚微米尺寸下器件刻蚀的最主要工艺方法。在特征图形的制作上，已基本取代了湿法腐蚀技术。 对于湿法腐蚀，就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。当然，在通过湿法腐蚀获得特征图形时，也要通过经光刻开出的掩膜层窗口，腐蚀掉露出的表面材料。但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言，在形成特征图形方面，湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。由于这一特点，湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。但由于它的高选择比和批量制作模式，湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒等工艺步骤中。 2. 2干法刻蚀的原理 2. 2. 1干法刻蚀中的等离子体 干法刻蚀工艺是利用气体中阴阳粒子解离后的等离子体来进行刻蚀的。所谓的等离子体，宇宙中99%的物质，均处于等子状态。其中包含了中性的粒子、离子和电子，它们混合在一起，表现为电中性。在干法刻蚀中，气体中的分子和原子，通过外部能量的激发，形成震荡，使质量较轻的电子脱离原子的轨道与相邻的分子或原子碰撞，释放出其他电子，在这样的反复过程中，最终形成气体离子与自由活性激团。而干法刻蚀，则利用了气体等离子体中的自由活性激团与离子，与被刻蚀表面进行反应，以此形成最终的特征图形[2]。 2.2.2干法刻蚀的特征 干法刻蚀与湿法腐蚀工艺利用药液处理的原理不同，干法刻蚀在刻蚀表面材料时，既存在化学反应又存在物理反应。因此在刻蚀特性上既表现出化学的等方性，又表现出物理的异方性。 所谓等方性，是指纵横两个方向上均存在刻蚀。而异方性，则指单一纵向上的刻蚀。2.2. 3干法刻蚀过程 我们可以了解到干法刻蚀的主要过程。反应腔体内气体等离子体中的离子，在反应腔体的扁压作用下，对被刻蚀的表面进行轰击，形成损伤层，从而加速了等离子中的自由活性激团在其表面的反应，经反应后产生的反应生成物，一部分被分子泵从腔体排气口排出，一部分则在刻蚀的侧壁上形成淀积层。干法刻蚀就是在自由活性激团与表面反应和反应生成物不断淀积的过程中完成的。离子轰击体现了干法刻蚀的异方性，而由于侧壁的淀积，则很好的
干法刻蚀技术的应用与发展
干法刻蚀技术的应用与发展 摘要 在半导体生产中，干法刻蚀是最主要的用来去除表面材料的刻蚀方法。而干法刻蚀是一个惯称，它指的是在低气压下雨等离子体有关的腐蚀方法。经过二十多年的发展，经历了多样化的发展过程，使技术不断完善和创新。一定程度上，干法刻蚀的水平决定了集成电路器件性能和生产规模。 本课程设计主要讨论半导体制造工艺中非常重要的步骤---刻蚀，详细描述了干法刻蚀的物理方法和化学方法以及基本原理，重点讲述干法刻蚀技术在半导体制造工艺中的应用和未来的发展。 关键词：半导体制造，刻蚀，干法刻蚀，金属刻蚀
目录 摘要 (1) 目录 (2) 第1章绪论 (3) 第2章干法刻蚀的机制和原理 (5) 2.1刻蚀工艺 (5) 2.2刻蚀作用 (5) 2.2.1 物理刻蚀 (6) 2.1.2 化学刻蚀 (7) 第3章干法刻蚀的应用 (9) 3.1介质的干法刻蚀 (9) 3.1.1 氧化物 (10) 3.1.2 氮化物 (11) 3.2硅的干法刻蚀 (11) 3.2.1 多晶硅栅刻蚀 (11) 3.2.2 单晶硅的刻蚀 (12) 3.3金属的干法刻蚀 (12) 3.3.1 铝和金属复合层 (12) 3.3.2 钨 (13) 第4章干法刻蚀设备的构成和主要性能指标 (14) 4.1.干法刻蚀设备的概述 (14) 4.2.干法刻蚀工艺流程 (15) 4.3.设备的主要的组成部分 (15) 4.4.干法刻蚀设备的主要性能指标 (16) 总结与展望 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20)
第1章绪论 在微电子学领域中，自1948年发明晶体管，随后出现集成电路，直到整个六十年代的二十年里，半导体器件光刻工艺中对各种材料均采用不同的实际进行腐蚀，惯称湿法腐蚀。然而，当器件集成度进入中规模。结构尺寸小于十微米时，惯用的湿法腐蚀由于毛细现象和各向同性的腐蚀性就难以保证精度和重复性，迫切需要寻找新的技术途径。虽然人们早已认识到原子核游离基具有远强于分子的化学活性，但一直没有应用到对固体材料的腐蚀技术上。直至六十年代末才发现氧等离子体可用于去除残留碳化物，并成功地用于等离子体去胶工艺中。随后很快地发展了半导体器件工艺中的干法刻蚀技术。自七十年代初，以辉光放电产生的气体等离子体进行腐蚀加工。至今三十多年，经历了多样化的发展过程，使技术不断得到完善和创新。它的发展是与集成电路的高速发展有着密切关系的。反过来说，干法刻蚀的水平很大程度上决定了集成电路器件和生产规模。 广义而言，所谓的刻蚀技术，是将显影后所产生的光阻图案忠实地转印到光阻下的材质上，形成由光刻技术定义的图形。它包含了将材质整面均匀移除及图案选择性部分去除，可分为湿式刻蚀(wet etching)和干式刻蚀(dry etching)两种技术。湿式刻蚀具有待刻蚀材料与光阻及下层材质良好的刻蚀选择比（selectivity）。然而，由于化学反应没有方向性，因而湿式刻蚀是各向同性刻蚀。当刻蚀溶液做纵向刻蚀时，侧向的刻蚀将同时发生，进而造成底切（Undercut）现象，导致图案线宽失真，如下图所示。 图1-1 底切现象 自1970年以来，元件制造首先开始采用电浆刻蚀技术（也叫等离子体刻蚀技术），人们对于电浆化学性的了解与认识也就越来越深。在现今的半导体集成电路或LCD制造过程中，要求精确地控制各种材料尺寸至次微米大小，而且还必须具有极高的再现性，
干法刻蚀
1、刻蚀速率 刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用?/min表示。 ※?：埃米，1埃米Angstrom =1/10000000000米（10的负10次方）。 刻蚀速率=△T/t（?/min） △T=去掉的材料厚度（?或μm） t=刻蚀所用的时间（分） ※负载效应：刻蚀速率和刻蚀面积成反比。 2、刻蚀剖面 刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。 ※各向同性和各向异性：各向同性，刻蚀在各个方向的速率一致；各向异性，刻蚀在各个方向的速率不一致。 3、刻蚀偏差 刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化。 刻蚀偏差=W b－W a W b=刻蚀前光刻胶的线宽 W a=光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽 4、选择比 选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料的刻蚀速率比。 选择比S R=E f/E r E f=被刻蚀材料的刻蚀速率 E r=掩蔽层材料的刻蚀速率（如光刻胶） 5、均匀性 刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数。 ※ARDE，微负载效应。 6、残留物 刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料。它常常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。 7、聚合物 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体（如C2F4）和刻蚀生成物结合在一起形成的。 8、等离子体诱导损伤 A、一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。 B、另一种器件损伤是能量粒子对暴露的栅氧化层的轰击。发生在刻蚀时栅电极的边缘。 9、颗粒沾污和缺陷 等离子体带来的硅片损伤有时也由硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾污而引起的。由于电势的差异，颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。当没有等离子体时，这些颗粒就会掉到硅片表面。氟基化学气体等离子体比氯基或溴基等离子体产生较少的颗粒，因为氟产生的刻蚀生成物具有较高的蒸汽压。