图形刻蚀技术

第7章：图形刻蚀技术(Chapter 11)•问题：-常见的刻蚀对象：SiO 2> Si 3N 4> Poly-Si>磷 硅玻璃、铝或铝合金、衬底材料等-即：金属刻蚀、介质刻蚀、硅（半导体）刻 蚀Photoresist Photoresistmask maskFilm ProtectedfilmPhotoresistmask to be etchedFilm to beetched (b) Substrate after etch(a) Photoresist-patterned substrateResistLayer to be etched SubsUateReactive Ion plasma sictiing (RlE)图4-21不同腐蚀工艺的结果：〈左面｝湿法腐蚀（髙各向同性〉、 C 中间）干法刻曲方向性｝和佑恥干法刻述（爲方向性）I high pressure \^low pressureWet etchingAisohrpic(dq^endungcnequipTErt &ponjnrlers) T^perfEteh SdeMallHxtile WtEtdiIsctn ic(c^endh^cnequipTErt &pEranrters)SliccnTtendiEtch Bias、Undercut、Slope and OveretchW b| H一Wa—丨f ◄—Bias；Resist :FilmSubstrateUndercutMaskChrome<-Lithographybias ArrayFigure 11.1 Typical isotropic etch process showing the etchbias.选择比：sE尸被刻蚀材料的刻蚀速率E产掩蔽层材料的刻蚀速率E rE rNitride•对刻蚀的基本要求:-图形的咼保真：横向腐蚀和各向异性腐蚀-刻蚀剖面：-选择比：光刻胶和不同材料的腐蚀速度-关键尺寸（CD）控制-均匀性：小线条和大硅片-清洁：残渣沾污-损伤：• 7.1.湿法腐蚀：即，化学腐蚀(S11.1) -8.1.1腐蚀液：-SiO2：HF:NH4F:H2O=3毫升：6克：10毫升(36° C)-Al：H2PO4> 70-80 ° C、乙醇稀释-Si3N4：H2PO4>H2PO4： HNO3=3： 1 ( SiC>2膜) HF (Cr膜)-其它定向腐蚀(P265~263)etching in KOH, isopropyl alcohol, and water. The upper photo shows a 50-mm-deep etch. The lower photographs are of 80-mm-deep trenches etched at 10 mm pitch on (110) and 107 off (110) (ctfter Bean, ©1978 IEEE).盒-7.1.2刻蚀中的质量问题：-图形畸变：曝光时间、显影时间、刻蚀速度-浮胶：粘附、前烘时间、曝光时间、显影时间、刻蚀速度、腐蚀液-毛刺和钻蚀：清洁、显影时间、腐蚀液-针孔：膜厚不足、曝光不足、清洁、掩膜版-小岛：曝光、清洁、湿法显影、掩膜版-湿法腐蚀工艺的特点：速度快，成本底，精度不高。

•7.2.干法腐蚀：即，等离子刻蚀• Section 11.3 （重点阅读）-7.2.1.原理和特点：-是一种物理-化学刻蚀；-是一种选择性很强的刻蚀-在低压中进行，污染小-与去胶工艺同时进行-表面损伤置入等离子场中的分子因等离子能量的激励生成了性的游离基分子、原子，以这些活性游离基分子、原子引起的化学反应，形成挥发性产物，而使被蚀物剥离去掉。

活性游离基分子、原子不受电场影响，因而各向同性。

Reactive High ion density etching plasma Plasma etching l I IPressure (torr)Figure 11.2 Types of etch processes on a chamber pressure scale.I101 io-1 10-3 10-5 w Ion milling 才装置:<JTi_L M *曲予区腑L 蠶内閒 siProcess gases-F基刻蚀原理：（Si。

?为例）CF4 -等离子激发.A 2F+CF2 （游离基）• SiO2+4F-SiF4+2O• SiO2+2CF2>SiF4+2COCl基…Figure 11.8 Proposed mechanism of plasma etching of siliconin CF#・ A l - to 5-a(om-lhick SiF v layer forms on the surface ・ A silicon atom on the upper level is bonded to two fluorine atoms. An additional flu or inc atom may remove the silicon as SiF 2. Much more likely, however, is that additional (III) fluorine atoms bond to the silicon atom until SiF 4 forms anddesorbs (after Manos and Flanun, reprinted by permission, Academic Press)./Sl \\ / 1/ /Sl \/Sl \(II)◎RF generator:1) Etchant gases: enter chamber (Gas deliver Electric fieldEtch process chamberExhaustIsotropic etchSubstrate唸么么么么么么么么么么么么么么么么么么么么7) Desorption ofby-productsBy-productso2) Dissociation ofreactants byelectric fields4) Reactive +ionsbombard surfaceAnisotropicetch九oo3) Recombination ofO electrons with atoms.creates plasma5) Adsorption of 6) Surface reactions of reactiveions radicals and surface filon surface8) By-productremovalCD-氧的作用：加快-氢的作用：减慢-高分子生成：刻蚀速度、选择性-反应气体：CF4> CHF3、CF6SOLID ETCH GAS ETCH PRODUCT Si. SiO2a Si3N4CF中SF6, NF3SiF4Si 0*12, CCIgF? SiCI2r SiCI4Al BGig. CCI4, SiCI4, ci2AICI31 AI2CI6 Organic Solids °2 co, co2l H£O°2 + CF4 C0P C02, HF Refractory Metals {W, Ta, Mo...)See Table 11.3120Figure 11.11 Etch rate of Si and SiO 2 in (A) CF 4/O 2 plasma (after Mogab et al.9 reprinted by permission, AIP)、and (B) CF 4/H 2 plasma (after Ephrath and Petrillo, reprinted by permission of the publisher, The Electrochemical Society Inc.).10080Resist (PMMA 2041)604020Pressure - 25 mTorrFlow rate - 40 ccm150 (B)10 20 30 40 Percent hydrogen (CF 4 + H 2 mixture)InGaAs刻蚀仿真刻蚀前结构PIN结构。

10um厚的本征InP衬底，在衬底上生长3urri厚的掺杂Si浓度为2X 1018的InP层(N+),然后再淀积厚的Si掺杂4X1016的n_,lnGaAs, InGaAs中In的组分为0.53。

上层淀积lum厚的InP,掺杂为2X IO18 (P+) o刻蚀阻挡层采用Si3N4,厚度lumo等离子体刻蚀中可以改变的参数及默认值各参数的意义:[PRESSURE=<n>] #定义等离子体刻蚀机反应腔的压强[TGAS=<n>] #定义等离子体刻蚀机反应腔中气体的温度[TION=<n>] #定义等离子体刻蚀机反应腔中离子的温度[VPDC=<n>] #等离子体外壳的DC偏压[VPAC=<n>] #等离子外壳和电珠之间的AC电压[LSHDC=<n>] #外壳的平均厚度[LSHAC=<n>] #外壳厚度的AC组成[FREQ=<n>] # AC电流的频率[NPARTICLES=<n>] #用蒙托卡诺计算来自等离子体的离子流的颗粒数[MGAS=<n>] #气体原子的原子质量[MION=<n>] #等离子体离子的原子量[(CHILD 丄ANGM|COLLISION|LINEAR|CO NSTANT)] #计算等离子体外壳的电压降的模型，默认为CONSTANT[MAX.IONFLUX=<n>] [IONFLUX.THR=vn>][K.l=<n>] #定义等离子体刻蚀速率的线性系数[K.F] #定义化学流相关的等离子刻蚀速率[K.D] #定义淀积流量相关的等离子体刻蚀速率刻蚀腔压强越大，刻蚀速率变小.刻蚀效果也变差。

这从离子的能量一角度分布中也可以得出结论 SU O L S 改变刻蚀腔压强 ATHENA WERLAY AlltNAff\tRlAY Dala from multiple files Data from multiple files MierGCiS 妇旳 &_p RORJU3 旳 U_p _ph5niw_p ir»j««6^_pherTi6i_p mgoaa _phsma_p 1.£tf 37S 511 lO<str 50如 100 sir 8410HicrorfS改变气体温度ATHEf^A OVERLAYData from multiple 1iles-10 — •8-6 ・2 n0aFt5_ptosme*Jg95j2CO.5lf in 护8_ptairiiaJ93a_3CO alt 「旷25』忖巧.d 〔0 5lr 10 14 16 Microns刻蚀腔中气体的温度高时刻蚀剖面要好，但影响较小改变离子温度离子温度低时刻蚀效果要好,AWENA OVERLAYDala from muliiple filesSUOP5“ --------- X in0&38_pisce»ri6(Jion_etO.2trin0a38_K<&eiriGi_t>oajcO3<trX x in 阿2占他命in 的”屮时。