berkley 半导体工艺讲义15--湿法刻蚀

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湿刻工艺

湿刻工艺

HF/HNO3体系两区域腐蚀机理特点
• 在低HNO3及高HF浓度区, 浓度区,由于该区有过量的HF可溶解反 应产物SiO2,所以腐蚀速率受HNO3的浓度所控制, 的浓度所控制,这中配 方的腐蚀剂由于孕育期变化不定, 方的腐蚀剂由于孕育期变化不定,腐蚀反应难以触发, 腐蚀反应难以触发,并 导致不稳定的硅表面, 导致不稳定的硅表面,要过一段时间才会在表面上慢慢地 生长一层SiO2。最后, 最后,腐蚀受氧化-还原反应速率的控制, 还原反应速率的控制, 因此有一定的取向性。 因此有一定的取向性。 • 在低HF高HNO3浓度区, 浓度区,这个区域里的HNO3过剩, 过剩,腐蚀 速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力, 除去的能力,鉴于刚腐蚀的表 面上总是覆盖着相当厚的SiO2层(30---50Å),所以这类 ),所以这类 腐蚀剂是“ 腐蚀剂是“自钝化” 自钝化”的。该区内, 该区内,腐蚀速率主要受络和 物扩散而被除去的速率所限制, 物扩散而被除去的速率所限制,所以对晶体的结晶学取 向不敏感, 向不敏感,是真正的抛光腐蚀。 是真正的抛光腐蚀。
●这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2, 称之为磷硅玻璃
磷硅玻璃的去除
• 氢氟酸是无色透明的液体, 氢氟酸是无色透明的液体,具有较弱的酸性、 具有较弱的酸性、易挥发性和很 强的腐蚀性。 强的腐蚀性。但氢氟酸具有一个很重要的特性是它能够溶解 二氧化硅, 二氧化硅,因此不能装在玻璃瓶中。 因此不能装在玻璃瓶中。 • 在半导体生产清洗和腐蚀工艺中, 在半导体生产清洗和腐蚀工艺中,主要就利用氢氟酸的这 一特性来去除硅片表面的二氧化硅层。 一特性来去除硅片表面的二氧化硅层。 总反应式为: 总反应式为:
硅片 硅片间液面
滚轴
硅片间距5-7cm
刻蚀槽影响刻蚀效果的因素

湿法刻蚀工艺原理

湿法刻蚀工艺原理

由于表面张力及 溶液的循环导致 的液面高于挡板
由于表面张力及 溶液的循环导致 的液面高于挡板
挡板
硫酸可以增大溶液的表面张力,表面张力越大,则溶液相对于挡板、滚轮的液位就越高,由公 式可知 ,如果不添加硫酸则表面张力太低,水的爬升高度太高(即其爬升能力很
强),则溶液很容易反应到正面,如果硫酸太多,液面太高,溶液也会很容易反应到正面,此
附着力 排风对液 体的推力
重力
硅片前端
附着力排风对液体表面有与其风向相同方向的推力。
当硅片移动时候液体的重力与由于液体内聚力导致的
排风对溶 液的推力Biblioteka 后拽力相对于其静置的时候大。
重力
如果硅片后端的刻蚀边太大,说明需增大后拽力或排
硅片后端
风对溶液的推力,所以提高滚轮速度,或者加大排风。
如果滚轮不平会导致硅片不同部位距离液面的高度不同,则距离近的位置容易反应到 正面。
附着力
质物体能吸收液体皆为此现象所致。
由此可知:表面张力越大,则液体的内聚力越 大,液柱的上升高度越大。
重力
影响湿刻效果的重要因素
水上漂并非严格意义上的水上漂,其下面有滚轮 对硅片起支撑作用,并带动其在液面上移动。
水上漂
由于硅片扩散后表面覆盖一层磷硅玻
在此位置产 生毛细现象
璃,其与水的亲和能力(溶液成分与磷
体与液体之间的分子之间的吸引力要大。表面张力的起因实际上是界面所造成的不对 称。
毛细效应 毛细现象(又称毛细管作用)是指液体在细管状物体内侧,由于内聚力与附着力的
差异、克服地心引力而上升的现象。当液体和固体(管壁)之间的附着力大于液体本身 内聚力时,就会产生毛细现象。液体在垂直的细管中时液面呈凹或凸状、以及多孔材

1-干法刻蚀和湿法刻蚀

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。

7z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。

说明湿法刻蚀和干法刻蚀的区别

说明湿法刻蚀和干法刻蚀的区别

说明湿法刻蚀和干法刻蚀的区别湿法刻蚀的“液体浴”就很直白了。

它用的其实是酸性溶液或者碱性溶液,直接把需要去除的部分“溶解”掉。

就像你把铁器放进酸里,慢慢看它生锈、腐蚀。

湿法刻蚀常常用在那些对湿气不敏感的材料上,特别是像金属、氧化层这些。

你想,湿法就跟你清洗水果时的水流一样,哪里需要清洁,它就给你洗得干干净净。

虽然看起来简单明了,但有时候会有点“死板”,因为它可能会把周围的部分也一起影响到,导致“误伤”。

你想,它的过程有时候控制不精确,可能搞得一团糟,反正要有耐心,细节把控很重要。

说到干法刻蚀,哦哟,这个就厉害了。

它是通过气体离子反应,直接用化学或物理方式来“干”掉那些不需要的部分,简直像一阵猛风吹走了沙子一样,什么都不留下。

干法刻蚀的核心就是让气体离子“暴走”,它不怕湿气,也不怕环境复杂。

拿出那种高科技的设备,里面气体在高能量下撞击材料表面,把多余的部分吹走。

这样控制起来精度超高,可以做到微米甚至纳米级的精准度。

如果你需要在极其细小的地方精准操作,这个办法无疑是“神器”。

不过嘛,干法刻蚀也不是完美无缺的,它需要控制温度、压力和气体流量等因素,有时操作起来特别讲究,一点点差错就可能导致整个过程失败。

要是从效率来看,湿法刻蚀的速度就相对较快,毕竟液体流动比较自由,能迅速把材料去除。

而干法刻蚀就要慢慢来,毕竟它是通过离子撞击的方式,得慢工出细活。

但别看它慢,它的“精准度”可是个大杀器!如果你想在芯片上弄一些非常复杂的图案,干法刻蚀就显得尤为重要了。

而湿法刻蚀通常更适合大面积的处理,不需要那么多精细的图案操作,像是大片的金属表面清理,湿法那简直是快刀斩乱麻。

不过,湿法刻蚀也有个很头疼的问题,那就是容易产生废液,这些废液处理起来麻烦得很,不仅得消耗大量水,还得花费不少钱和精力去管理。

而干法刻蚀呢,就显得环保一些,因为它不会产生这么多的废物,只是气体排放问题需要注意,至少不像湿法那样,“水土不服”。

但是干法刻蚀的设备昂贵得让人咋舌,搞不好一个设备就要比一栋房子还贵。

4.2 湿法刻蚀[11页]

4.2 湿法刻蚀[11页]

湿法各向同性化学腐蚀
腐蚀因子:
FV X
△x
四、湿法刻蚀的工艺设备 1. 全自动湿法腐蚀操作设备
2. 手动湿法腐蚀操作设备
腐蚀液 腐蚀原理:
磷酸H3PO4——起主要的腐蚀作用 硝酸HNO3——改善台阶性能 醋酸——降低腐蚀液表面张力 水——调节腐蚀液浓度
PO4
3
3H 2
三、湿法刻蚀的特点
对下层材料有较高的选择比、对器件不会造成等离子体损伤、设备简单 ,各向同性刻蚀造成分辨率低,化学刻蚀槽的安全性。
集成电路制造工艺
--湿法刻蚀
单位:江苏信息职业技术学院 微电子教研室
本章 要点
第四章 刻蚀
刻蚀的基本概念 湿法刻蚀 干法刻蚀 去胶
本章 要点
第四章 刻蚀
刻蚀的基本概念 湿法刻蚀 干法刻蚀 去胶
刻蚀
湿法刻蚀
干法刻蚀
湿法刻蚀:目前主要用在漂去氧化硅、表层剥离及大尺寸 图形(3m 以上)腐蚀应用方面; 干法刻蚀:是亚微米和深亚微米尺寸下刻蚀器件的主要方法。
§4.2 湿法刻蚀
二、几种薄膜的湿法刻蚀
1. 二氧化硅的湿法刻蚀
腐蚀液:缓冲氢氟酸腐蚀液BHF或缓冲氧化硅腐蚀液BOE(Buffer of Etchant)
腐蚀的化学原理:
6HF SiO2 H2 SiF6 2H2O
NH4F作为缓冲剂减慢并稳定腐蚀过程,从而很好地控制腐蚀速率。
2.铝的湿法刻蚀
§4.2 湿法刻蚀
一、湿法刻蚀的基本概念
湿法刻蚀是利用一定的化学试剂与需刻蚀的薄膜反应从而在薄膜上显示一定的图形。
湿法刻蚀的优点: ✓ 高刻蚀的选择比; ✓ 不产生衬底损伤。
湿法刻蚀的缺点: ➢ 各向同性刻蚀,刻蚀后的线条宽度难以控制。 ➢ 通常伴有放热并产生气体。反应放热会造成局部

半导体湿法刻蚀设备介绍

半导体湿法刻蚀设备介绍

半导体湿法刻蚀设备介绍一、什么是半导体湿法刻蚀设备呢?嘿,宝子们!半导体湿法刻蚀设备呀,就像是一个超级精细的雕刻大师。

它的任务呢,就是在半导体材料上进行“雕刻”,不过可不是用刀哦,而是用各种化学溶液。

想象一下,这些化学溶液就像一群小小的魔法精灵,在半导体的世界里跑来跑去,把不需要的部分给溶解掉,只留下我们想要的部分,是不是很神奇呀?二、它的工作原理这个设备的工作原理其实还挺有趣的呢。

它会把半导体材料浸泡在特定的化学溶液里,或者让化学溶液在半导体表面流动。

这些化学溶液会和半导体材料发生化学反应,那些要被刻蚀掉的部分就会被溶液“吃掉”啦。

比如说,对于硅这种常见的半导体材料,可能会用氢氟酸等化学物质来进行刻蚀。

就好像硅是一块小蛋糕,氢氟酸就是专门吃硅的小怪兽,只把该去掉的硅给吃掉。

三、它的结构组成半导体湿法刻蚀设备也有自己的小身体构造哦。

它有盛放化学溶液的容器,这个容器可不能随便乱选,得是能抵抗化学腐蚀的材料做的,不然自己就被溶液给弄坏啦。

还有管道系统,就像小血管一样,负责把化学溶液运输到需要刻蚀的地方。

再有就是控制系统啦,这个就像是设备的大脑,它能控制溶液的流量、温度、刻蚀的时间等等。

如果控制系统出了问题,那就像大脑突然不灵了,整个刻蚀过程就会乱套啦。

四、它在半导体制造中的重要性宝子们,这设备在半导体制造里那可是超级重要的存在。

没有它,我们就很难制造出那些复杂又精密的半导体芯片。

现在的电子产品,像我们的手机、电脑,里面的芯片都是靠这些设备一点点刻蚀出来的。

如果把制造芯片比作盖房子,那半导体湿法刻蚀设备就是负责挖空不需要的地方、打造出各种形状房间的工匠,缺了它可不行呢。

五、它的发展历程这个设备也不是一开始就这么厉害的。

在早期,它的功能还很简单,刻蚀的精度也不高。

随着科技的不断发展,科学家们就像给它吃了成长激素一样,它变得越来越强大。

从最初只能刻蚀比较粗糙的半导体结构,到现在可以刻蚀出纳米级别的超精细结构。

湿法刻蚀PPT课件

湿法刻蚀PPT课件

●优点 工艺设备简单、成本低、具有良好的刻 蚀选择比 ●缺点 各项异性刻蚀
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时,失败也是伟大的, 所以不要放弃,坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人:XXXXXX 时 间:XX年XX月XX日
刻蚀剂槽
甩,烘干
超纯水冲 洗
●定特征尺寸大于3 m
●各向异性刻蚀
●反应物扩散到被刻蚀薄膜的表面
●反应物与被刻蚀薄膜反应
●反应物的产物从反刻应蚀产表物面:扩气散体到,溶液

或者能溶于腐蚀剂 的物质
一般第二步的过程最慢,该步骤决定了
刻蚀速率
●用氧化剂将刻蚀材料氧化成氧化物 ●用另一种溶液将形成的氧化物溶解掉
●刻蚀溶液的浓度 ●刻蚀时间 ●反应温度 ●搅拌方式
刻蚀溶液的浓度越高、反应温度越高,薄膜的刻蚀速率就 越快。反应过程是一个放热、放气的反应。反应放热,造 成局部的温度升高,使反应速率增快;反应放气,产生气 泡,可以隔绝局部的薄膜和刻蚀溶液,使反应停止。 如何解决:
?? 搅拌,超声
大多数先采用强氧化剂对硅(Si)进行氧化,用氢氟酸
一句话:速率取决于浓度较低者
硅属于两性氧化物,即可以和酸反应,又可以和碱反应, 用含KOH的溶液来对硅进行刻蚀,可以用KOH溶液和异 丙醇(IPA)相混合来进行。Si(100)面的刻蚀速率比Si

半导体刻蚀金属工艺流程

半导体刻蚀金属工艺流程

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Professor N Cheung, U.C. Berkeley
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EE143 F05
Lecture 15
Examples
HF solution
mask SiO2/Si etched by HF solution SiO2 Si
SSiO2, Si Selectivity is very large ( ~ infinity)
(c) Overetching around step
h2 step h1 h2
Overetch time (fraction)
h1 + h2 = h2
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EE143 F05
Lecture 15
total
∴ tT =
vf ( φf 1
Ufm = uniformity factor
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EE143 F05
Lecture 15
Wet Etching
1 2 3
1 2 3
Reactant transport to surface Selective and controlled reaction of etchant with the film to be etched Transport of by-products away from surface
Goal : Minimize W
Small W
θ → 90 o
v f >> ν m⊥ hf small
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EE143 F05
Lecture 15
Etching Selectivity Sfm between film material and mask material
step
Mask film
Substrate (a) Film thickness variation: target thickness value
hf (max) = hf ( 1+ δ )
variation factor
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EE143 F05
Lecture 15
(1) Bias
dm hf substrate df dm etching mask film
Bias B ≡ d f d m B can be > 0 or < 0.
substrate
df
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EE143 F05
(phosphoric acid)
(180oC: ~100 A/min etch rate) Typical selectivities:
– 10:1 for nitride over oxide – 30:1 for nitride over Si
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EE143 F05
Lecture 15
Etching
Etching Terminology Etching Considerations for ICs Wet Etching Reactive Ion Etching (plasma etching)
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EE143 F05
Lecture 15
Effect of Slow {111} Etching with KOH or EDP
Lecture 15
Complete Isotropic Etching Vertical Etching = Lateral Etching Rate B = 2 × hf Complete Anisotropic Etching
Lateral Etching rate = 0 B=0
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Etching of Steps with a Slope
vv t
θ
vv t
x1 x2
θ
start final film
x1 = vv t cot θ x2 = vl t x = x1 + x 2
substrate
Let etching time = t v v = vertical etch rate vl = lateral etch rate ∴ To minimize x make θ large
SiO2/Si etched by RIE (e.g. CF4)
SSiO2, Si Selectivity is finite ( ~ 10 )
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EE143 F05
Lecture 15
For a given allowable W/2 , what is the minimum selectivity required?
= ( vv cot θ + vl ) t
cot θ = 1/ tan θ = b / a
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EE143 F05
Lecture 15
Example
start
θ = 90
o
vvt vlt film sub final
θ =0
o
film sub
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EE143 F05
Lecture 15
Si wet etching mechanisms
Professor N Cheung, U.C. Berkeley
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EE143 F05
Lecture 15
Wet Etch Processes
(~30oC)
6H+ + 2Al → 3H2 + 2Al3+
(Al3+ is water-soluble)
Professor N Cheung, U.C. Berkeley
20
EE143 F05
Lecture 15
Wet Etch Processes (cont.)
(4) Silicon (i) Isotropic etching Use HF + HNO3 + H2O 3Si + 4HNO3 → 3SiO2 + 4NO + 2H2O 3SiO2 + 18HF → 3H2SiF6 + 6H2O (ii) Anisotropic etching (e.g. KOH, EDP)
h f (1 + δ
)
)
(1 + )
h1 = h2
Let v m⊥ , v m / / be the vertical and lateral etching rates of the mask. Let v f be the vertical etching rate of the film. (ignoring lateral film rate for simplicity)
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EE143 F05
Lecture 15
Wet Etching (cont.)
Wet etch processes are generally isotropic Wet etch processes can be highly selective Acids are commonly used for etching: HNO3 <=> H+ + NO3HF <=> H+ + FH+ is a strong oxidizing agent => high reactivity of acids
S fm ≡
Vf ⊥ Vm ⊥
(vertical components only )
Wet Etching
Sfm is controlled by: chemicals, concentration, temp.
RIE
Sfm is controlled by: plasma parameters, plasma chemistry, gas pressure, flow rate & temperature.
4
EE143 F05
Lecture 15
(2) Degree of Anisotropy
Af
B ≡1 2h f
anisotropic
0 ≤ Af ≤ 1
isotropic
∴ B = 2hf
B =0
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EE143 F05
Lecture 15
(1) Silicon Dioxide To etch SiO2 film on Si, use HF + H2O
18 26 T (oC) Etch rate (A/min) 6:1 BOE 1200 650
SiO2 + 6HF → H2 + SiF6 + 2H2O
Note: HF is usually buffered with NH4F to maintain [H+] at a constant level (for constant etch rate)
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