干法刻蚀技术

合集下载

干法刻蚀技术的应用与发展

干法刻蚀技术的应用与发展
表3-1 干法刻蚀中的关键参数
设备参数
设备设计、电源、电源频率、压力、温度、气流速率、
真空状况、工艺菜单
工艺参数
等离子体-表面相互作用:表面材料、复合金属的不同层、表面温度、表面电荷、表面形貌;化学和无理要求;
时间
质量指标
刻蚀速率、选择比、均与性、特性曲线、关键尺寸、残留物
其他相关因素
净化间规、操作过程、维护过程、预防维护计划
2.2刻蚀作用
干法刻蚀系统中,刻蚀作用是通过化学作用或物理作用,或者是化学和物理的共同作用来实现的。在纯化学机理中,等离子体产生的反应元素(自由基和反应原子)与硅片表面的物质发生反应。为了获得高的选择比(即为了与光刻胶或下层材料的化学反应最小),进入腔体的气体(一般含氯或氟)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。反应中产生的挥发性生成物被真空泵抽走。
第2章干法刻蚀的机制和原理
2.1刻蚀工艺
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。干法刻蚀是把硅片表面曝露与其他中产生的等离子体,等离子体通过光刻胶中开除的残空,与硅片发生物理或者化学反应(或这两种反应),从而去掉曝露的表面材料。干法刻蚀是亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方方法。而湿法腐蚀一般只用于尺寸较大的情况下(大于3微米)。湿法腐蚀仍然用来腐蚀硅片上的某些层或用来去除干法刻蚀后的残留物。
3.1介质的干法刻蚀
对于200mm硅片,介质的干法刻蚀是最复杂的刻蚀过程;而对于300mm硅片,介质刻蚀将遇到最大的挑战。氧化物刻蚀的最大困难在于随着特征尺寸缩小,在通互连中用于双层大马士革技术的层间介质的新的沟槽刻蚀工艺以及需要刻蚀低K层间介质所带来的更严格的工艺规。
3.1.1氧化物
刻蚀氧化物通常是为了制作接触孔和通孔。这些事很关键的应用,要求在氧化物中刻蚀出具有高深宽比的窗口。对于DRAM应用中的0.18um图形,深宽比希望能达到6:1,对下层的硅和硅化物、多晶硅的选择比要求大约50:1。有一些新的氧化物刻蚀应用,如有新沟槽刻蚀和高深宽比刻蚀要求的双大马士革结构,也有低的深宽比通孔刻蚀,如非关键性的氧化物刻蚀应用。

光学材料的干法刻蚀研究

光学材料的干法刻蚀研究

案例二:玻璃基光学材料的干法刻蚀
总结词
玻璃基光学材料具有优异的光学性能和机械性能,广泛应用于各种光学元件的制作。而干法刻蚀技术在该领域 中也发挥了重要作用。
详细描述
干法刻蚀技术在玻璃基光学材料的加工中,能够实现高精度、高效率的刻蚀,同时避免了湿法刻蚀中的化学腐 蚀问题。此外,通过选择不同的刻蚀气体和参数,还可以实现对玻璃基光学材料进行各向同性或异性的刻蚀。
05
结论与展望
研究成果总结
干法刻蚀技术
在干法刻蚀技术方面,我们取得了重要的突破。通过精 确控制反应参数,我们成功地实现了对光学材料的精确 刻蚀,得到了高质量的刻蚀图案和结构。
材料适应性
我们的方法成功地应用于多种光学材料,包括玻璃、晶 体、陶瓷和金属氧化物等,这表明我们的方法具有广泛 的材料适应性。
更广泛的适用范围
目前干法刻蚀技术主要应用于半导体制造领域,但随着光学材料和其他新材料的发展,未 来干法刻蚀技术的应用范围将更加广泛。例如,光学材料具有高度透明性和硬度等特点, 未来干法刻蚀技术有望在光学材料加工领域取得重要突破。
未来研究方向
干法刻蚀过程的物理机制研究
深入探究干法刻蚀过程中的物理机制,包括反应动力学、薄膜应 力等,为优化刻蚀工艺和提高刻蚀质量提供理论支持。
成本与可持续性
我们的方法涉及高精度的设备和材料,这可能导致制造成本较高。此外,干法刻蚀过程需要使用大量的化学试剂和气体, 对环境可能产生一定影响,因此需要进一步研究可持续性和环保性更强的替代方案。
对未来研究的建议
工艺优化
进一步研究干法刻蚀过程中的各种参数对刻 蚀效果的影响,以进一步优化工艺条件,提 高刻蚀质量和效率。
总结词
硅基光学材料由于其稳定的物理化学性质以及优异的机械性能,成为了光学领域的重要材料。而干法刻蚀技术 以其高精度、高效率的优点,在硅基光学材料的加工中得到了广泛应用。

干法刻蚀工艺总结

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-400eVICP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:0~3000WRF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:BCl3、Cl2、HBr、Ar、O2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。

干法刻蚀技术

干法刻蚀技术

干法刻蚀技术干法刻蚀技术是一种常用于微纳加工领域的表面加工技术。

它通过利用化学反应或物理作用,将材料表面的一部分物质去除,从而实现对材料的精确加工和微纳结构的制备。

干法刻蚀技术具有高精度、高效率和可重复性等优点,因此在微电子、光学器件、生物医学和纳米材料等领域得到广泛应用。

干法刻蚀技术主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。

物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行刻蚀,常见的方法有离子束刻蚀和反应离子刻蚀。

离子束刻蚀是利用高能离子束对材料表面进行轰击,使表面原子或分子脱离并被抛射出去,从而实现刻蚀效果。

反应离子刻蚀则是在离子束刻蚀的基础上引入反应气体,使离子与气体发生化学反应,增加刻蚀速率和选择性。

化学干法刻蚀是利用化学反应将材料表面的物质转化为气体或溶液,从而实现刻蚀效果。

常见的化学干法刻蚀方法有湿法刻蚀和等离子体刻蚀。

湿法刻蚀是将材料浸泡在特定的腐蚀液中,通过化学反应溶解材料表面的物质。

等离子体刻蚀则是利用等离子体中的高能粒子对材料表面进行刻蚀,其刻蚀速率和选择性可以通过调节等离子体参数进行控制。

干法刻蚀技术在微纳加工中具有广泛的应用。

在微电子领域,干法刻蚀技术被用于制备集成电路中的细微结构,如晶体管和电容器等。

在光学器件制造中,干法刻蚀技术可以用于制备光纤、光栅和微透镜等微结构。

在生物医学领域,干法刻蚀技术被应用于制备微流控芯片和生物传感器等微器件。

此外,干法刻蚀技术还可以用于制备纳米材料,如纳米线、纳米颗粒和纳米孔等。

干法刻蚀技术的发展离不开对材料表面和刻蚀过程的深入研究。

科学家们通过对材料表面的分析和刻蚀机理的探索,不断改进和优化干法刻蚀技术,提高其加工精度和效率。

同时,随着纳米科技的快速发展,对于更小尺寸和更高精度的微纳结构的需求也在不断增加,这对干法刻蚀技术提出了更高的要求。

干法刻蚀技术作为一种重要的微纳加工技术,在各个领域都发挥着重要作用。

通过不同的刻蚀方式和参数的调节,可以实现对材料的精确加工和微纳结构的制备。

第10章 干法刻蚀

第10章 干法刻蚀

25
反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB):经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。 • FIB的离子源主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
反应离子束刻蚀
• 大束径离子束刻蚀:束径10~20 cm,效率高,质量均匀。 常用大束径离子束设备有两种:
9
刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的;能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。 • 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀,这样能形成高的各向异性图形,增强刻蚀的方向 性,从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
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,使刻蚀气体分解、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:把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层 材料的工艺过程;刻蚀精度刻蚀参数:
• • • • • • •
12
干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀 侧壁剖面 各向同性 示意图
各向同性(与设备和参数有关)
各向异性 (与设备和参数有关) 干法刻蚀 各向异性– 锥形
硅槽

湿法刻蚀是各向同性腐蚀, 不能实现图形的精确转移, 一般用于特征尺寸较大的 情况(≥3μm) 。

干法刻蚀有各向同性腐蚀,也 有各向异性腐蚀。各向异性腐 蚀能实现图形的精确转移,是 集成电路刻蚀工艺的主流技术。
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表面,不存在反应离子轰击, 只有化学作用(仅在激发原子或活性气氛中进行刻蚀)。

sinx干法刻蚀工艺

sinx干法刻蚀工艺

sinx干法刻蚀工艺一、引言干法刻蚀工艺是一种常用于微电子制造中的重要工艺,被广泛应用于半导体器件、光电子器件以及微纳加工领域。

其中,sinx干法刻蚀工艺是一种常见且重要的技术,本文将对其原理、工艺流程以及应用进行介绍。

sinx干法刻蚀工艺是基于化学气相刻蚀技术实现的。

其主要原理是通过将硅表面暴露于含有氟气和氧气的刻蚀气体环境中,形成硅氧化物(SiOx)层,而后使用氟气将其刻蚀去除。

由于刻蚀速率与刻蚀气体的浓度、温度、压力等因素相关,因此可以通过调节这些参数来控制刻蚀速率和刻蚀深度,从而实现对硅表面的精确刻蚀。

三、sinx干法刻蚀工艺流程sinx干法刻蚀工艺主要包括前处理、刻蚀和后处理三个步骤。

1. 前处理:首先需要对待刻蚀的硅表面进行清洗,以去除表面的杂质和有机物。

常用的清洗方法包括酸洗、碱洗和超声清洗等。

清洗后,将硅片放入刻蚀室中,进行真空抽取和预热处理。

2. 刻蚀:在刻蚀室中,加入刻蚀气体,常用的刻蚀气体有氟化氢(HF)和氟化氮(NF3)等。

调节刻蚀气体的流量、温度和压力等参数,控制刻蚀速率和刻蚀深度。

刻蚀过程中,通过监测刻蚀速率以及表面形貌等参数,进行实时调节和控制。

3. 后处理:刻蚀完成后,需要对刻蚀后的硅片进行清洗和去除刻蚀残留物。

然后,进行表面抛光和再清洗等步骤,以保证硅片表面的光洁度和无尘污。

最后,进行检测和质量控制,确保刻蚀工艺的稳定性和一致性。

四、sinx干法刻蚀工艺应用sinx干法刻蚀工艺在微电子制造中有着广泛的应用。

主要应用于制备硅氧化物(SiOx)薄膜,用于制作MOS场效应晶体管、光电子器件和微纳加工等领域。

此外,sinx干法刻蚀工艺还可以用于制备硅纳米线、纳米孔洞和微纳结构等,用于研究和应用于纳米器件和生物传感器等领域。

五、总结sinx干法刻蚀工艺是一种重要的微电子制造工艺,通过调节刻蚀气体的浓度、温度和压力等参数,可以实现对硅表面的精确刻蚀。

该工艺应用广泛,可用于制备硅氧化物薄膜和制作各种微纳器件。

干法刻蚀的注意事项

干法刻蚀的注意事项

干法刻蚀的注意事项干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,适用于制备微细结构、纳米器件等。

它通过在物体表面施加化学反应,溶解掉不需要的材料,从而形成所需的结构。

然而,干法刻蚀过程需要注意一些事项,以确保刻蚀效果的准确性和稳定性。

选择合适的刻蚀气体和气体流量非常重要。

刻蚀气体的选择应根据所需刻蚀材料的特性来确定。

常用的刻蚀气体有氧气、氮气、氟化氢等。

气体流量的设置应根据刻蚀速率和所需刻蚀深度来确定,过大的气体流量可能导致刻蚀不均匀,而过小的气体流量则会延长刻蚀时间。

控制刻蚀时间和温度也是很重要的。

刻蚀时间的长短直接影响着刻蚀深度,因此需要根据所需结构的厚度来确定刻蚀时间。

同时,刻蚀温度的选择也应根据所用刻蚀气体和材料特性来确定,过高的温度可能导致刻蚀速率过快,而过低的温度则会影响刻蚀效果。

选择合适的刻蚀设备和工艺参数也是必要的。

刻蚀设备的类型和性能会直接影响到刻蚀效果和稳定性。

在选择设备时,需要考虑到刻蚀深度的要求、刻蚀速率的控制等因素。

同时,要合理设置工艺参数,如功率、频率、电压等,以保证刻蚀过程的稳定性和可控性。

还需要注意刻蚀后的清洗和处理工作。

刻蚀过程中会产生大量的副产物和残留物,如果不及时清洗和处理,可能会对下一步工艺步骤产生影响。

因此,在刻蚀后需要进行适当的清洗和处理,以确保刻蚀表面的干净和平整。

安全操作也是刻蚀过程中需要注意的事项之一。

刻蚀过程中常常涉及到有毒气体和腐蚀性液体,因此必须严格按照操作规程进行操作。

需要戴好防护眼镜、手套等个人防护装备,确保自身安全。

干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,但在进行刻蚀过程中需要注意一些事项,以确保刻蚀效果的准确性和稳定性。

选择合适的刻蚀气体和气体流量、控制刻蚀时间和温度、选择合适的刻蚀设备和工艺参数、注意刻蚀后的清洗和处理工作,以及安全操作,都是需要重视的。

只有做到这些,才能在干法刻蚀过程中取得理想的效果。

纳米刻蚀工艺中的干法刻蚀与湿法刻蚀比较

纳米刻蚀工艺中的干法刻蚀与湿法刻蚀比较

纳米刻蚀工艺是纳米制造中的一项关键技术,它通过物理或化学方法去除材料,以达到制造纳米级别结构的目的。

在纳米刻蚀工艺中,干法刻蚀和湿法刻蚀是两种主要的刻蚀方法,它们各自具有不同的特点,也适用于不同的应用场景。

首先,让我们来看看干法刻蚀。

在干法刻蚀中,我们通常使用物理手段如离子刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)、机械研磨等。

这些方法的主要优点是刻蚀速度快,对材料的兼容性好,能够处理各种不同类型的材料。

然而,这种方法也存在一些缺点。

首先,它对设备的要求较高,需要专门的设备和技术支持。

其次,由于其刻蚀过程中可能产生微小碎片,因此在处理敏感材料时需要特别小心。

此外,干法刻蚀对于深宽比的保持相对较差,即对同一尺寸的图形,干法刻蚀可能需要更大的实际面积。

接下来是湿法刻蚀,这种方法主要利用化学反应来去除材料。

常见的湿法刻蚀技术包括化学腐蚀、等离子体腐蚀等。

与干法刻蚀相比,湿法刻蚀对许多材料具有更强的兼容性,特别是在高分子材料和绝缘材料上。

此外,湿法刻蚀在处理大面积样品时更具优势,因为它不需要精确的定位和设备支持。

然而,湿法刻蚀也存在一些问题,如腐蚀液的选择和配比需要严格控制,以及对一些材料可能产生过敏反应的风险。

而且,湿法刻蚀的刻蚀深度较浅,对于深结构可能无法达到预期的刻蚀效果。

总的来说,干法刻蚀和湿法刻蚀各有优缺点,适用于不同的应用场景。

在选择使用哪种方法时,我们需要考虑待处理材料的性质、刻蚀速度的需求、设备的可用性以及成本等因素。

而且,随着技术的进步,我们期待在未来看到更多创新的纳米刻蚀方法出现,以满足更复杂、更高精度的纳米制造需求。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

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加以控制。

在某些应用中,常利用蚀刻溶液对于不同硅晶面的不同蚀刻速率加以进行(4)。

例如使用氢氧化钾与异丙醇的混合溶液进行硅的蚀刻。

这种溶液对硅的(100)面的蚀刻速率远较(111)面快了许多,因此在(100)平面方向的晶圆上,蚀刻后的轮廓将形成V型的沟渠,如图5-2所示。

而此种蚀刻方式常见于微机械组件的制作上。

2 二氧化硅的湿式蚀刻在微电子组件制作应用中,二氧化硅的湿式蚀刻通常采用氢氟酸溶液加以进行(5)。

而二氧化硅可与室温的氢氟酸溶液进行反应,但却不会蚀刻硅基材及复晶硅。

反应式如下:SiO2 + 6HF=H2 + SiF6 + 2H2O由于氢氟酸对二氧化硅的蚀刻速率相当高,在制程上很难控制,因此在实际应用上都是使用稀释后的氢氟酸溶液,或是添加氟化铵作为缓冲剂的混合液,来进行二氧化硅的蚀刻。

氟化铵的加入可避免氟化物离子的消耗,以保持稳定的蚀刻速率。

而无添加缓冲剂氢氟酸蚀刻溶液常造成光阻的剥离。

典型的缓冲氧化硅蚀刻液(BOE : Buffer Oxide Etcher)(体积比6:1之氟化铵(40%)与氢氟酸(49%))对于高温成长氧化层的蚀刻速率约为1000Å/min。

在半导体制程中,二氧化硅的形成方式可分为热氧化及化学气相沉积等方式;而所采用的二氧化硅除了纯二氧化硅外,尚有含有杂质的二氧化硅如BPSG 等。

然而由于这些以不同方式成长或不同成份的二氧化硅,其组成或是结构并不完全相同,因此氢氟酸溶液对于这些二氧化硅的蚀刻速率也会不同。

但一般而言,高温热成长的氧化层较以化学气相沉积方式之氧化层蚀刻速率为慢,因其组成结构较为致密。

5-2-3氮化硅的湿式蚀刻氮化硅可利用加热至180°C的磷酸溶液(85%)来进行蚀刻(5)。

其蚀刻速率与氮化硅的成长方式有关,以电浆辅助化学气相沉积方式形成之氮化硅,由于组成结构(SixNyHz相较于Si3N4) 较以高温低压化学气相沉积方式形成之氮化硅为松散,因此蚀刻速率较快许多。

但在高温热磷酸溶液中光阻易剥落,因此在作氮化硅图案蚀刻时,通常利用二氧化硅作为屏蔽。

一般来说,氮化硅的湿式蚀刻大多应用于整面氮化硅的剥除。

对于有图案的氮化硅蚀刻,最好还是采用干式蚀刻为宜。

5-2-4铝的湿式蚀刻铝或铝合金的湿式蚀刻主要是利用加热的磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以进行(1)。

典型的比例为80%的磷酸、5%的硝酸、5%的醋酸及10%的水。

而一般加热的温度约在35°C-45°C左右,温度越高蚀刻速率越快,一般而言蚀刻速率约为1000-3000 Å /min,而溶液的组成比例、不同的温度及蚀刻过程中搅拌与否都会影响到蚀刻的速率。

蚀刻反应的机制是藉由硝酸将铝氧化成为氧化铝,接着再利用磷酸将氧化铝予以溶解去除,如此反复进行以达蚀刻的效果。

在湿式蚀刻铝的同时会有氢气泡的产生,这些气泡会附着在铝的表面,而局部地抑制蚀刻的进行,造成蚀刻的不均匀性,可在蚀刻过程中予于搅动或添加催化剂降低接口张力以避免这种问题发生电浆蚀刻简介自1970年代以来组件制造首先开始采用电浆蚀刻技术,对于电浆化学新的了解与认知也就蕴育而生。

在现今的集成电路制造过程中,必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性,而由于电浆蚀刻是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成,因此电浆蚀刻便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。

电浆蚀刻主要应用于集成电路制程中线路图案的定义,通常需搭配光阻的使用及微影技术,其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻:应用于定义主动区;2) 复晶硅化物/复晶硅(Polycide/Poly)蚀刻:应用于定义闸极宽度/长度;3) 复晶硅(Poly)蚀刻:应用于定义复晶硅电容及负载用之复晶硅;4) 间隙壁(Spacer)蚀刻:应用于定义LDD宽度;5) 接触窗(Contact)及引洞(Via)蚀刻:应用于定义接触窗及引洞之尺寸大小;6) 钨回蚀刻(Etch Back):应用于钨栓塞(W-Plug)之形成;7) 涂布玻璃(SOG)回蚀刻:应用于平坦化制程;8) 金属蚀刻:应用于定义金属线宽及线长;9) 接脚(Bonding Pad) 蚀刻等。

影响电浆蚀刻特性好坏的因素包括了:1) 电浆蚀刻系统的型态;2) 电浆蚀刻的参数;3) 前制程相关参数,如光阻、待蚀刻薄膜之沉积参数条件、待蚀刻薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。

5-3-2何谓电浆?基本上电浆是由部份解离的气体及等量的带正、负电荷粒子所组成,其中所含的气体具高度的活性,它是利用外加电场的驱动而形成,并且会产生辉光放电(Glow Discharge)现象。

蚀刻用的电浆中,气体的解离程度很低,通常在10-5-10-1之间,在一般的电浆或活性离子反应器中气体的解离程度约为10-5-10-4,若解离程度到达10-3-10-1则属于高密度电浆。

5-3-3电浆形成之原理电浆的产生可藉由直流(DC)偏压或交流射频(RF)偏压下的电场形成,如图5-3所示,而在电浆中的电子来源通常有二:一为分子或原子解离后所产生的电子,另一则为离子撞击电极所产生的二次电子(Secondary Electron),在直流(DC)电场下产生的电浆其电子源主要以二次电子为主,而交流射频(RF)电场下产生的电浆其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。

在电浆蚀刻中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了:1) 需要较高的功率消耗,也就是说产生的离子密度低;2) 须要以离子撞击电极以产生二次电子,如此将会造成电极材料的损耗;3) 所需之电极材料必须为导体。

如此一来将不适用于晶圆制程中。

在射频放电(RF Discharge)状况下,由于高频操作,使得大部份的电子在半个周期内没有足够的时间移动至正电极,因此这些电子将会在电极间作振荡,并与气体分子产生碰撞。

而射频放电所需的振荡频率下限将视电极间的间距、压力、射频电场振幅的大小及气体分子的解离位能等因素而定,而通常振荡频率下限为50kHz。

一般的射频系统所采用的操作频率大都为13.56MHz。

相较于直流放电,射频放电具有下列优点:1) 放电的情况可一直持续下去而无需二次电子的发射,当晶圆本身即为电极的一部份时,这点对半导体材料制程就显得十分重要了;2) 由于电子来回的振荡,因此离子化的机率大为提升,蚀刻速率可因而提升;3) 可在较低的电极电压下操作,以减低电浆对组件所导致之损坏;4) 对于介电质材料同样可以运作。

现今所有的电浆系统皆为射频系统。

另外值得一提的是在射频系统中一个重要的参数是供给动力的电极面积与接地电极面积之比。

5-3-4等效电子及离子温度存在于电浆中的电场分别施力于带正电荷之离子与代负电荷之电子,F=E*q ,而加速度a=F/M,由于离子质量远大于电子,因此电子所获得的加速度与速度将远大于离子,以致电子的动能远大于离子,电子与离子间处于一非平衡状态。

从气体动力论中,得知Ekinetic = (3/2) kT,由此可知,等效电子温度远大于等效离子温度,如此可视为“热”电子处于“冷”电浆之中。

因此电子能够在低温的状态下提供一般在高温下才能使分子解离所需要的能量。

在一般蚀刻用的电浆中,等效的电子温度约为10000 - 100000°K。

5-3-5电浆蚀刻中的基本物理及化学现象在干式蚀刻中,随着制程参数及电浆状态的改变,可以区分为两种极端的性质的蚀刻方式,即纯物理性蚀刻与纯化学反应性蚀刻。

相关文档
最新文档