半导体工艺干法刻蚀铝刻蚀
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。
八大半导体工艺顺序剖析
八大半导体工艺顺序剖析八大半导体工艺顺序剖析在现代科技领域中，半导体材料和器件扮演着重要的角色。
作为电子设备的基础和核心组件，半导体工艺是半导体制造过程中不可或缺的环节。
有关八大半导体工艺顺序的剖析将会有助于我们深入了解半导体制造的工作流程。
本文将从简单到复杂，逐步介绍这八大工艺的相关内容。
1. 排版工艺（Photolithography）排版工艺是半导体制造过程中的首要步骤。
它使用光刻技术，将设计好的电路图案转移到硅晶圆上。
排版工艺需要使用光刻胶、掩膜和曝光设备等工具，通过逐层叠加和显影的过程，将电路图案转移到硅晶圆上。
2. 清洗工艺（Cleaning）清洗工艺在排版工艺之后进行，用于去除光刻胶和其他污染物。
清洗工艺可以采用化学溶液或高纯度的溶剂，保证硅晶圆表面的干净和纯净。
3. 高分辨率电子束刻蚀（High-Resolution Electron BeamLithography）高分辨率电子束刻蚀是一种先进的制造技术。
它使用电子束在硅晶圆表面进行刻蚀，以高精度和高分辨率地制作微小的电路图案。
4. 电子束曝光系统（Electron Beam Exposure Systems）电子束曝光系统是用于制造高分辨率电子束刻蚀的设备。
它具有高能量电子束发射器和复杂的控制系统，能够精确控制电子束的位置和强度，实现微米级别的精细曝光。
5. 高能量离子注入（High-Energy Ion Implantation）高能量离子注入是半导体器件制造中的一项重要工艺。
通过将高能量离子注入到硅晶圆表面，可以改变硅晶圆的电学性质，实现电路中的控制和测量。
6. 薄膜制备与沉积（Film Deposition）薄膜制备与沉积是制造半导体器件的关键工艺之一。
这个工艺将薄膜材料沉积在硅晶圆表面，包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射等方法。
这些薄膜能够提供电介质、导电材料或阻挡层等功能。
7. 设备和工艺完善（Equipment and Process Optimization）设备和工艺完善的步骤是优化半导体制造工艺的关键。
金属铝刻蚀工艺简介
在金属铝中通常会加入少量的硅和铜来提
高电子器件的可靠性。硅和Ｃｌ反应生成挥发性的
ＳｉＣｌ ，很容易被带出反应腔。铜与Ｃｌ反应生成的 ４
ＣｕＣｌ２ 挥发性却不高，因此需要加大物理性的离 子轰击把铜原子去掉，一般可以通过加大 Ａｒ 和
ＡｌＣｌ 被气流带出反应腔。ＢＣｌ 一方面提供ＢＣｌ ＋，
３
３
３
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 Ｃｌ 和铝的接触，阻 ２
碍了刻蚀的进一步进行。添加 ＢＣｌ 则利于将这 ３
层氧化层还原（如方程式 １），促进刻蚀过程的继
续进行。
基础知识 HOW TO MAKE A CHIP
金属铝刻蚀工艺简介
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。
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 ０．１３ｕｍ 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：Ｃｌ 、ＢＣｌ 、
２
３
Ａｒ、 Ｎ 、ＣＨＦ 和 Ｃ Ｈ 等。Ｃｌ 作为主要的刻蚀气
２
３
２４
２
体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物
半导体beol工艺
半导体后端工艺（BEOL, Back-End of Line）是指在集成电路制造过程中，完成晶体管形成之后进行的一系列互连层次和金属布线步骤，其目的是将前段（FEOL, Front-End of Line）形成的晶体管通过电学路径连接起来，构建完整的电路功能。
BEOL 工艺非常复杂且精密，包括多个关键步骤，下面是一些详细的分析：1.介质绝缘层沉积(ILD)：o使用化学气相沉积（CVD）或原子层沉积（ALD）技术，在晶体管上沉积一层或多层低介电常数（Low-k）材料作为绝缘介质，以减少信号延迟和功耗。
2.通孔（Via）刻蚀：o通过光刻和干法或湿法刻蚀技术，在介质层中形成通孔，以便下一层金属能够穿过绝缘层与上一层金属或晶体管源极、漏极等电性相连。
3.金属层沉积：o早期半导体工艺采用铝作为金属互连材料，但在更先进的技术节点中，铜（Cu）成为主流选择，因其更低的电阻率和更好的抗电迁移性能。
通过电镀（Electroplating）或其他沉积方法在通孔和线沟槽中填充铜。
4.化学机械平坦化（CMP）：o在每一层金属沉积后，使用化学机械平坦化技术来消除多余的金属并确保表面平坦，以便进行后续的光刻和刻蚀步骤。
5.阻挡层与种子层：o在沉积铜之前，需要先沉积阻挡层（如氮化钽或氮化钛），防止铜扩散到硅或其他绝缘材料中；然后是铜种子层，用于铜电镀过程。
6.防氧化处理与钝化层：o铜暴露部分需进行防氧化处理，并在其上覆盖一层钝化层，如氮化硅，以保护铜互连不受氧化和污染影响。
7.线路图案转移与刻蚀：o通过多次光刻和刻蚀步骤，定义出金属互连的具体线路布局，形成复杂的多层金属网络。
8.清洗与检测：o在每一步工艺后都要进行严格清洗，去除残留物，如颗粒、金属离子、有机污染物等，以保证互连质量和器件可靠性。
同时进行电学参数测试和缺陷检测。
9.薄膜电阻器与电容器集成：o在某些情况下，BEOL工艺还包括电阻器和电容器等无源元件的集成，它们与金属互连共同构成完整的电路。
半导体制造工艺_11刻蚀
反应离子刻蚀（RIE）：常用刻蚀气体为含卤素 的物质，如CF4，SiF6，Cl2，HBr等，加入添加 气体如：O2，H2，Ar等。O2 用于刻蚀光刻胶。
反应产物必须是气相或者易挥发（volatile）
SiCl4 TiCl4
等离子刻蚀基本原理
刻蚀方程式 为何处在等离子体环境下进行刻蚀
在我们的工艺中，是用CF4和O2来刻蚀扩散后的硅片，其刻蚀原理如下：
其他高密度等离子体刻蚀机
由于ULSI的线宽持续缩小，逼近传统的RIE系统极限，除了ECR系统外， 其他形式的高密度等离子体源（HDP），如电感耦合等离子体源 （ICP）、变压器耦合等离子体源（TCP）、表面波耦合等离子体源 （SWP）也已开始发展。这些设备拥有高等离子体密度与低工艺压强。
另外，HDP等离子体源对衬底的损伤较小（因为衬底有独立的偏压源与 侧电极电势），并有高的的各向异性（因为在低压下工作但有高活性的 等离子体密度）。
加入NH4F缓冲液：弥补 F和降低对胶的刻蚀
例2：Si采用HNO3和HF腐蚀（HNA）
各
向
例3：Si3N4采用热磷酸腐蚀
同 性
例4：Si采用KOH腐蚀 Si + 2OH- + 4H2O Si(OH)2++ + 2H2 + 4OH-
各向异性
硅湿法腐蚀由于晶向而产生的各向异性腐蚀
原子密度：<111> > <110> > <100> 腐蚀速度：R(100) 100 R(111)
增加F/C比（加氧气），可以增加刻蚀速率 减少F/C比（加氢气），刻蚀过程倾向于形成高分子膜
刻蚀方向性的增加
✓增加离子轰击（物理刻蚀分量） ✓侧壁增加抑制物（inhibitor）
半导体八大工艺顺序
半导体八大工艺顺序半导体八大工艺顺序是指半导体器件制造过程中的八个主要工艺步骤。
这些工艺步骤的顺序严格按照一定的流程进行，确保半导体器件的质量和性能。
下面将逐一介绍这八大工艺顺序。
第一步是晶圆清洁工艺。
在半导体器件制造过程中，晶圆是最基本的材料。
晶圆清洁工艺旨在去除晶圆表面的杂质和污染物，确保后续工艺步骤的顺利进行。
第二步是光刻工艺。
光刻工艺是将图形模式转移到晶圆表面的关键步骤。
通过光刻工艺，可以在晶圆表面形成所需的图形结构，为后续工艺步骤提供准确的参考。
第三步是沉积工艺。
沉积工艺是将材料沉积到晶圆表面的过程，包括化学气相沉积、物理气相沉积和溅射等技术。
通过沉积工艺，可以在晶圆表面形成所需的材料结构。
第四步是刻蚀工艺。
刻蚀工艺是将多余的材料从晶圆表面去除的过程，以形成所需的图形结构。
刻蚀工艺通常使用化学刻蚀或物理刻蚀的方式进行。
第五步是离子注入工艺。
离子注入工艺是向晶圆表面注入掺杂物质的过程，以改变晶体的电学性质。
通过离子注入工艺，可以实现半导体器件的掺杂和调控。
第六步是热处理工艺。
热处理工艺是将晶圆置于高温环境中进行退火、烘烤或氧化等处理的过程。
通过热处理工艺，可以改善晶体的结晶质量和电学性能。
第七步是清洗工艺。
清洗工艺是在制造过程中对晶圆进行清洗和去除残留污染物的过程，以确保半导体器件的质量和可靠性。
第八步是封装测试工艺。
封装测试工艺是将完成的半导体器件封装成最终产品，并进行性能测试和质量检验的过程。
通过封装测试工艺，可以确保半导体器件符合规格要求，并具有稳定可靠的性能。
总的来说，半导体八大工艺顺序是半导体器件制造过程中的关键步骤，每个工艺步骤都至关重要，任何一环节的不慎都可能影响整个制造过程的质量和性能。
通过严格按照八大工艺顺序进行制造，可以确保半导体器件具有优良的性能和可靠性，从而满足现代电子产品对半导体器件的高要求。
半导体干法蚀刻的介绍
半导体干法蚀刻的介绍《半导体干法蚀刻：新兴技术的应用与发展》引言：半导体干法蚀刻是一种关键的制造工艺，在半导体行业中有着广泛的应用。
本文将着重介绍半导体干法蚀刻的原理、特点以及其在新兴技术领域的应用与发展。
正文：一、半导体干法蚀刻的原理半导体干法蚀刻是利用气体或等离子体与半导体表面发生反应来实现物质的去除。
通过将气体或者气体混合物注入到真空环境中，让气体产生等离子体，利用等离子体中的活性粒子或自由基对半导体表面进行化学反应或破坏性物理反应，从而移除半导体表面的一层材料。
二、半导体干法蚀刻的特点1. 制程精度高：通过控制反应气体、温度、时间等参数，可以实现较高的制程精度，满足半导体器件的要求。
2. 制程可控性强：半导体干法蚀刻过程中可以精确控制蚀刻速率和选择性，从而实现对半导体的精确加工。
3. 无需接触：与湿法蚀刻相比，半导体干法蚀刻是一种无需接触半导体表面的加工方式，可以避免因接触引起的损伤和污染。
4. 适用性广：半导体干法蚀刻可以适用于各种材料，包括硅、氮化硅、氮化铝等，可满足不同材料的蚀刻需求。
5. 环保高效：半导体干法蚀刻是一种无废液产生的加工方式，不会对环境造成污染，同时也节约了大量的水资源。
三、半导体干法蚀刻在新兴技术的应用与发展1. 三维芯片制造：随着半导体器件的发展，传统的二维芯片逐渐无法满足需求。
半导体干法蚀刻可以实现对芯片表面的精确加工，为三维芯片制造提供了重要工艺支持。
2. 纳米加工：随着纳米科技的快速发展，半导体干法蚀刻在纳米加工中广泛应用。
通过控制蚀刻参数，可以实现纳米尺寸的结构制造，为纳米电子学和纳米光学等领域的研究提供了有力支持。
3. 新型材料加工：随着新型材料的涌现，传统的湿法蚀刻技术面临挑战。
半导体干法蚀刻可以适用于新型材料的加工，如氮化硅、氮化铝等，为新型材料的应用拓展提供了技术保障。
结论：半导体干法蚀刻是一种重要的制造工艺，具有制程精度高、制程可控性强、适用性广、环保高效等特点。
半导体芯片干法刻蚀工艺
半导体芯片干法刻蚀工艺在这个数字化的时代，半导体芯片可谓是科技界的小明星，大家对它们的热情，就像追星族追逐偶像一样，热火朝天。
而提到半导体芯片，干法刻蚀工艺绝对是一个不可忽视的环节。
今天咱们就来聊聊这个“干法刻蚀”的故事，让你在轻松中了解这门高深的技术。
1. 什么是干法刻蚀？1.1 定义首先，干法刻蚀就是用气体来处理材料，简单来说就是通过气体将多余的部分“刻”掉。
就像我们平时用刀削水果，削掉外皮，露出里面美味的果肉。
干法刻蚀用的可不是普通的刀，而是高科技的气体分子，神奇吧？1.2 为什么需要它？为什么要干法刻蚀呢？其实这背后有个大秘密。
半导体材料上需要留下微小的电路图案，这些图案就像是一幅精美的画作，而干法刻蚀就是这个画家的工具。
没有它，芯片就像一盘没有调味料的菜，毫无生气。
2. 干法刻蚀的过程2.1 设备与准备干法刻蚀的设备可不是家里那种简单的工具，而是需要高科技的机器。
首先要准备好材料，这就像做菜前先把食材准备齐全。
材料要干净，没有杂质，否则结果就像炒饭时夹杂了不该有的调料，味道会很差。
2.2 刻蚀步骤接下来就是真正的“刻蚀”过程。
我们把准备好的材料放入刻蚀机中，然后把气体注入，气体和材料发生反应，把不需要的部分给“消灭”掉。
这一步就像是让一位雕刻家在大理石上精雕细琢，细致入微，最终形成我们想要的图案。
整个过程需要极高的温度和压力，真是热火朝天，紧张又刺激。
3. 干法刻蚀的优势与挑战3.1 优势干法刻蚀的优势可不少。
首先，它能实现高精度的刻蚀，就像精准的手艺人，毫不马虎。
此外，干法刻蚀能处理各种不同的材料，这样一来，适应性强，真是让人赞叹不已。
3.2 挑战不过，挑战也随之而来。
比如，气体的选择、刻蚀的速度等等，都是需要精确把控的，要是稍有差池，就可能导致整个工艺的失败。
这就像是在走钢丝，一不小心就得“摔”下来，真是心惊胆战。
4. 总结干法刻蚀工艺就像一门艺术，既有技术的严谨，也有创意的灵动。
- 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、"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、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)。
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。
目前金属刻蚀机台广泛采用双射频功率源设计，如应用材料公司DPS （decouple plasma source）金属刻蚀机台。
偏置功率用来加速正离子，提供垂直的物理轰击，源功率用来提高反应腔体内的等离子体的浓度。
这种双功率的设计可以实现对离子体的能量和浓度的独立控制，扩大了刻蚀工艺的工艺窗口和性能。
在金属铝的上下通常会淀积金属钛或氮化钛，形成氮化钛/铝/氮化钛/钛的结构。
用来刻蚀铝的Cl2与钛反应生成挥发性相对较低的TiCl4，刻蚀氮化钛的速率只有刻蚀铝的1/3-1/4,因此减少Cl2或是增加BCl3和偏置功率，都有利于提高氮化钛和钛的刻蚀速率。
在金属铝中通常会加入少量的硅和铜来提高电子器件的可靠性。
硅和Cl反应生成挥发性的SiCl4，很容易被带出反应腔。
铜与Cl反应生成的CuCl2挥发性却不高，因此需要加大物理性的离子轰击把铜原子去掉，一般可以通过加大Ar和增加偏置功率来实现。
当铝刻蚀完成之后，硅片表面、图形侧壁和光刻胶表面残留的Cl，会和铝反应生成AlCl3，继而与空气中的水分发生自循环反应（如方程式2），造成对铝的严重侵蚀（corrosion）。
因此，在刻蚀工艺完成后，一般会用H2O和O2的等离子体把氯和光刻胶去除, 并且在铝表面形成氧化铝来保护铝。