腐蝕工藝簡(jiǎn)介

1、腐蝕工藝教程一、什么是半導(dǎo)體？半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，它的電阻率在10-3109范圍內(nèi)。自然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)很多，用于制造半導(dǎo)體的材料主要是硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）。純凈的半導(dǎo)體電阻率很高，幾乎不導(dǎo)電。但在特定的條件下，如光照、摻雜等，它的電阻率可以降到幾十歐姆甚至更低，并且隨摻入的雜質(zhì)不同呈不同的導(dǎo)電特性。我們分別稱(chēng)之為P（空穴導(dǎo)電）型半導(dǎo)體和N（電子導(dǎo)電）型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相接觸時(shí)，在接觸面就形成了PN結(jié)。PN結(jié)具有正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶匦?，利用它可以制得常用的二極管。在集成電路制造中，常用的襯底材料是硅單晶片，根據(jù)圓片加工過(guò)程中硅單晶切割的晶

2、格方向的不同，可把它分為<100>和<111>等晶向。在mos集成電路制造中，選用的是<100>晶向的圓片。二、 什么是集成電路？不同導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體組合在一起，可以做成二極管、三極管、電容、電阻，如果把這些元件做在同一塊芯片上，完成一定的電路功能，就稱(chēng)之為集成電路。集成電路可分為雙極集成電路和MOS集成電路，MOS集成電路又可分為nMOS集成電路、pMOS集成電路和CMOS集成電路。三、集成電路中的常用薄膜。多晶硅常用在MOS器件中作為柵電極。也可用于高電阻的電阻器，及局部電路的短連線(xiàn)二氧化硅集成電路中使用的二氧化硅膜可分為熱二氧化硅和CVD淀積二氧化硅兩

3、類(lèi)。在MOS集成電路中，它有以下幾種用途：作為對(duì)付摻雜劑注入或擴(kuò)散進(jìn)硅的掩膜，提供表面鈍化，使器件一部分與一部分隔離，作為MOS器件的一個(gè)組成部分（如柵介質(zhì)），作為金屬步線(xiàn)之間的電絕緣。氮化硅能阻擋鈉離子的擴(kuò)散，幾乎不透潮氣并具有很低的氧化速率。用低壓CVD（LPCVD）方法淀積的氮化硅膜，主要用作平面工藝的氧化掩膜；用等離子淀積（PECVD）的氮化硅膜，能在較低溫度下生成，可作為鈍化保護(hù)層。Al-Si-Cu用在集成電路中作為金屬互連線(xiàn)。四、 什么是刻蝕集成電路的制造，需要將各種不同的元件（晶體管、電阻、電容）做在同一塊芯片上去，需要在芯片上做出不同的圖形。把光刻確定的圖形轉(zhuǎn)移到構(gòu)成器件的薄膜

4、上，把不需要的薄膜去除，這一過(guò)程稱(chēng)為刻蝕。五、 什么是等離子體？簡(jiǎn)而言之，等離子體是指電離的氣體，是由電子、離子、原子和分子或自由基團(tuán)粒子的集合體。而這些原子和自由基團(tuán)通常具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，可以與其它物質(zhì)反應(yīng)。等離子刻蝕就是選用合適的氣體，通過(guò)低壓放電產(chǎn)生等離子體，利用其中的活性原子和自由基團(tuán)與硅片表面的薄膜反應(yīng)，生成揮發(fā)性產(chǎn)物而被去除掉，從而實(shí)現(xiàn)腐蝕的目的。六、 為什么要用等離子刻蝕？集成電路的制造已從LSI（大規(guī)模集成電路）發(fā)展到了ULSI（甚大規(guī)模集成電路）階段，圖形密度越來(lái)越高，加工線(xiàn)條越來(lái)越細(xì)，加工精度的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。傳統(tǒng)的濕法腐蝕工藝由于存在著橫向腐蝕大，條寬損失嚴(yán)重，均勻性

5、差，工藝控制難的缺點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代集成電路生產(chǎn)的要求?，F(xiàn)通常只用于無(wú)條寬要求的圖形腐蝕和大面積薄膜的剝離。等離子刻蝕，特別是反應(yīng)離子刻蝕（RIE），均勻性好，橫向腐蝕少，可以實(shí)現(xiàn)近乎垂直的腐蝕，條寬損失小，工藝重復(fù)性好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)終點(diǎn)控制，易控制，在現(xiàn)代集成電路的生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。相對(duì)傳統(tǒng)的濕法腐蝕工藝，等離子刻蝕亦可稱(chēng)為干法腐蝕。常見(jiàn)腐蝕膜常用刻蝕氣體多晶硅Cl2/He、Cl2/HBr、CF4、SF6、HCl氮化硅CF4、SF6二氧化硅CF4/CHF3、Al-Si-CuBCl3/Cl2、CCl4/Cl2光刻膠O2七、 腐蝕中的常用術(shù)語(yǔ)1、 各向同性（isotropic）和各向異性（ani

6、sotropic）在刻蝕過(guò)程中，除了在垂直方向存在著腐蝕之外，還存在著側(cè)向腐蝕。當(dāng)橫向腐蝕與側(cè)向腐蝕速率相等時(shí)，稱(chēng)為各向同性。此時(shí)，邊緣剖面面表現(xiàn)為一個(gè)圓弧。當(dāng)側(cè)向腐蝕很小，近似為零時(shí)稱(chēng)之為各向異性，圖形邊緣剖面表現(xiàn)為一個(gè)垂直的剖面。我們把各向異性程度定義為Af=1-V1/V，其中V1，和V分別是側(cè)向和直向的刻蝕速率。2、 選擇比（selectivity）由于在刻蝕過(guò)程中圓片上各點(diǎn)的刻蝕速率是不均勻的，被刻蝕薄膜的厚度也存在著一定的不均勻。并考慮到圓片表面在加工的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的高度差。因此在刻蝕時(shí)一定量的過(guò)刻蝕是必須的，這意味著圓片上被刻蝕膜的下層薄膜也會(huì)被腐蝕，而這層薄膜在集成電路的加工

7、中的損失量有一定的要求（如多晶柵刻蝕時(shí)柵氧的損失）。因此在刻蝕時(shí)需要對(duì)兩層薄膜有選擇性。另外，在腐蝕時(shí)作為掩蔽的光刻膠也同時(shí)承受著腐蝕，對(duì)它的腐蝕也需要選擇。在腐蝕工藝中主腐蝕膜和其它薄膜的刻蝕速率之比稱(chēng)之為選擇比。3、終點(diǎn)控制在等離子刻蝕中常采用發(fā)射光譜法對(duì)等離子體中刻蝕劑或刻蝕產(chǎn)物的濃度進(jìn)行檢測(cè)，判斷被腐蝕膜是否基本去除干凈，從而對(duì)工藝進(jìn)行控制，這稱(chēng)為終點(diǎn)控制。4、 剖面形貌Vertical (anisotropic)Slope (Positive)NegativeBowedNotchedTrenchUndercutterIsotropic八、 常用濕法腐蝕工藝1、 硫酸雙氧水去膠說(shuō)明：去

8、除光刻膠配比：H2SO4：H2O2=3：1溫度：140流程：1槽5分鐘溢流5分鐘2槽5分鐘沖水10次甩干2、 DHF去二氧化硅說(shuō)明：HF酸漂去二氧化硅配比：HF：H2O=1：10溫度：室溫流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定時(shí)）溢流5分鐘沖水10次甩干3、氮化硅說(shuō)明：推阱及場(chǎng)氧后LPSIN的剝離配比：98%磷酸溫度：160流程：HF酸漂洗30sec溢流5分鐘磷酸槽60min溢流5分鐘沖水10次甩干5、 BOE腐蝕二氧化硅說(shuō)明：非關(guān)鍵尺寸二氧化硅圖形窗口的腐蝕配比：BOE溫度：室溫流程：BOE漂（依須腐蝕二氧化硅厚度定時(shí)）溢流5分鐘沖水10次甩干注意：由于圓片上帶有光刻膠，腐蝕前須熱堅(jiān)膜，條件

9、是12030min，若腐蝕時(shí)間超過(guò)3min，腐蝕前熱堅(jiān)膜12030min+15015min，每腐蝕1min30sec加烘12030min。6、EKC清洗說(shuō)明：金屬腐蝕及通孔腐蝕干法去膠后的清洗，去除因干法腐蝕而殘留在圖形邊緣的聚合物配比：EKC265/IPA溫度：EKC265 65 IPA 室溫流程：EKC槽30minIPA3min沖水10次甩干九、 等離子刻蝕設(shè)備及工藝一個(gè)簡(jiǎn)單的等離子刻蝕機(jī)包括：氣體管路系統(tǒng)，真空系統(tǒng)，反應(yīng)室，射頻及匹配系統(tǒng)，傳片系統(tǒng)，終點(diǎn)控制系統(tǒng)。按反應(yīng)室結(jié)構(gòu)可將其分為桶型反應(yīng)腔，平板電容型，六面體電極結(jié)構(gòu)等；按硅片處理方式可分為單片式和批處理式。1、 PRS800桶型批

10、處理式等離子去膠機(jī)，工藝氣體為O2，適用工藝有：大束流注入后的干法去膠、金屬腐蝕后、孔腐蝕后的干法去膠及一些不適合硫酸雙氧水去膠工藝的光刻膠的去除。操作步驟：1) 確認(rèn)反應(yīng)室在大氣狀態(tài)，如果反應(yīng)室不在大氣狀態(tài)，按VENT鍵，VENT綠燈亮，一分鐘后，聽(tīng)見(jiàn)“嗤嗤”聲，說(shuō)明反應(yīng)室已處于大氣狀態(tài)，按VENT，綠燈熄滅，停止充氣。2) 戴上手套，用倒角器理片，大切片向上，根據(jù)工藝需要用吸筆將硅片裝入石英舟。3) 拉開(kāi)反應(yīng)室的門(mén)，用叉將舟裝入反應(yīng)室，推上反應(yīng)室門(mén)。4) 設(shè)定工藝時(shí)間，根據(jù)工藝，按Process Time下的白色按鈕設(shè)定工藝時(shí)間，左起第一位為十位，第二位為個(gè)位，單位為分。5) 按PUMP鍵

11、，PUMP綠燈亮，去膠自動(dòng)進(jìn)行。6) 刻蝕開(kāi)始后，觀(guān)察功率（watts）,流量（Flow sccm），壓力（pressure×10-3）是否正常。7) 刻蝕結(jié)束后，“VENT”綠燈閃爍。8) 按NENT，向反應(yīng)室充氣，“VENT”綠燈亮。9) 約等1分鐘，聽(tīng)到有輕微“嗤嗤”聲，說(shuō)明反應(yīng)室已到大氣狀態(tài)，按VENT鍵，停止充氣，“VENT”綠燈滅。10) 戴上手套，拉開(kāi)反應(yīng)室門(mén)，用叉取出石英舟，冷卻一會(huì)，用吸筆將圓片移回傳片架。11) 做干法腐蝕送出片作業(yè)。2、 AUTO490平板電容型單片腐蝕機(jī)，用于多晶和Si3N4的腐蝕。工藝氣體分別為Cl2/He和SF6/He。操作步驟：1) 按S

12、TATUS鍵，屏幕顯示STATUS頁(yè)，IDIE狀態(tài)。2) 選擇所需工藝*的Recipe Module，插入接口，按LOAD鍵，顯示所需的工藝菜單號(hào)。3) 按RECIPE鍵，查看工藝菜單內(nèi)容及菜單號(hào)。4) 確認(rèn)工藝菜單后，按STATOS鍵，返回STATUS頁(yè)，Idle狀態(tài)。5) 把整理好的待加工圓片放在左邊Index中，右邊Index放空片架。6) 按START鍵，待片子流出片架，按STOP鍵，進(jìn)行先行片腐蝕。7) 先行片腐蝕結(jié)束后，取出，在顯微鏡下檢查，若無(wú)異樣，用膜厚儀測(cè)剩余SiO2厚度。8) 先行片檢查合格片，將片架放回右邊Index。9) 按START鍵，進(jìn)行批腐蝕。腐蝕結(jié)束后，將圓片移

13、回傳片架進(jìn)行腐蝕，送出作業(yè)。注意：視490設(shè)備工作情況，決定先行片腐蝕前是否走些假片。3、 RAINBOW4500I平板電容型單片腐蝕機(jī)，帶一各向同性腐蝕腔，用于二氧化硅腐蝕。操作步驟：1) 若設(shè)備處于status頁(yè)，Load and process idle狀態(tài)畫(huà)面右上角RCP菜單號(hào)是否為所需菜單。若不是，按LOAD鍵，輸入所需菜單號(hào)，按ENT鍵確認(rèn)，按SEL鍵取消。2) 先行片腐蝕：按START鍵，待片子進(jìn)入傳輸系統(tǒng)后，按STOP鍵。3) 先行片刻蝕結(jié)束后，在顯微鏡下檢查圓片，若片子表面圖形無(wú)異常，進(jìn)行膜厚儀測(cè)試檢查，測(cè)5點(diǎn)。4) 多晶通孔腐蝕后，劃片槽內(nèi)SiO2<2nm。5) 接觸

14、孔各向同性腐蝕后，劃片槽內(nèi)SiO2400500nm。6) 通孔各向同性腐蝕后，劃片槽內(nèi)SiO2600700nm。7) spacer腐蝕后，有源區(qū)內(nèi)SiO2<2nm，場(chǎng)區(qū)SiO2>380nm。8) 平坦化腐蝕后，劃片槽Al上SiO2厚450-650nm之間。9) 二氧化硅腐蝕后，剩余SiO2厚度由流程單規(guī)定。10) 先行片檢查合格后，進(jìn)行批腐蝕，將片架放回出料臺(tái)，按START鍵，腐蝕自動(dòng)進(jìn)行。11) 批腐蝕結(jié)束后，將圓片移回傳片架，進(jìn)行干刻送出作業(yè)。4、 AM8330六面體電極結(jié)構(gòu)型批腐蝕機(jī)，用于金屬腐蝕。工藝氣體為Cl2/BCl3，輔助氣體為CF4/CHF3。操作步驟：1) 當(dāng)屏幕

15、顯示PROCESS：Waiting for operator action.LOADER: Idle.2) 按DOOR開(kāi)門(mén)。3) LOADER顯示W(wǎng)aiting for cassette replacement時(shí)可進(jìn)行裝片，右邊為裝片臺(tái)，左邊為出片臺(tái)，底部為假片片架，一次可裝工藝片兩批。4) 裝好片的后，按DOOR鍵關(guān)門(mén)，自動(dòng)將LOAD反應(yīng)室壓力抽到<5m,此過(guò)程約需10分鐘。5) 按F5 PROGRAM ，再按F1 RECIPES，用鍵將光標(biāo)移到Select A Recipe,按ENTER，檢查左上角RECIPE To RUN是否為所需的工藝菜單（一般為METAL1-EPD），若不是所

16、需菜單，將光標(biāo)移到右邊所需菜單名稱(chēng)上，按ENTER，則此菜單被選上。6) 按F5 再按F2 LOAD，將光標(biāo)移到Select A Sequence上，按ENTER，檢查左上角Sequence to Run是否為所需裝片程序（一般用Full-LOAD），若不是所需程序，將光刻移到右邊所需程序上，按ENTER，此程序被選。7) 當(dāng)LOADER顯示Idle時(shí)，按F4 NORMAL OPERATION，再按F2 WAFER TRANSTER，開(kāi)始傳片，這時(shí)按F6 SERVICE 將光標(biāo)移到WAFER LOCATION上，按ENTER，觀(guān)察硅片位置。8) 流片結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)行工藝腐蝕，按F7 MONIT

17、OR，再按F2可監(jiān)控工藝進(jìn)行狀況。9) 腐蝕到第二步時(shí)，按F4 NORMAL OPERATION，再按F4 ENDPOINT OPERATION，觀(guān)察終點(diǎn)曲線(xiàn)。10) 一爐腐蝕完，設(shè)備會(huì)自進(jìn)行下一爐裝片及腐蝕至所裝工藝片，腐蝕完畢，并開(kāi)門(mén)。11) 將腐蝕好的片子卸下，將傳片盒放回原位，按DOOR關(guān)門(mén)，門(mén)關(guān)好后，按ABORT鍵，不需將LOAD反應(yīng)室抽真空。12) 進(jìn)行干刻送出作業(yè)。注意：金屬腐蝕結(jié)束后須馬上送濕法間沖水，隨后立即做干法去膠。5、 FUSION150單片式紫外固膠機(jī)，適用于孔腐蝕和金屬腐蝕前和大束流注入前光刻膠的固化。若取消UV固膠，在孔腐蝕和大束流注入等工藝中，光刻膠表面因受大量

18、離子轟擊出現(xiàn)高溫，發(fā)生塌膠和燃膠現(xiàn)象，影響工藝質(zhì)量。1) 若設(shè)備處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，按“PROCEED”鍵，等待機(jī)械臂復(fù)位。2) 當(dāng)設(shè)備處于“MAIN MENU”畫(huà)面，按鍵，將光標(biāo)移到“PROCESS MENU”處，按SELECT鍵，出現(xiàn)“PROCESS MENU”畫(huà)面。3) 按鍵，將光標(biāo)移至“SELECT PROCESS”處，按SELECT鍵，出現(xiàn)“SELECT PROCESS B*”畫(huà)面。4) 如果顯示不是所須程序，則按或鍵，選擇需要的程序。5) 按SELECT鍵確認(rèn)，出現(xiàn)“SELECT PROCESS”畫(huà)面。6) 按RESUME鍵，出現(xiàn)“SELECT PROCESS * ”畫(huà)面。7) 按MEN

19、U鍵，顯示回到“PROCESS MENU”畫(huà)面。8) 按鍵，將光標(biāo)移到“VIEW CYCLE STATUS”處，按SELECT鍵。9) 設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行，有吹氣聲發(fā)出，按PROC MODE ，選擇AUTO START模式。10) 按BATCH START鍵，開(kāi)始固膠。11) 結(jié)束后若無(wú)圓片急需處理，按MENU鍵。12) 若箭頭在POWER DOWN ，按SELECT鍵，設(shè)備回到關(guān)機(jī)狀態(tài)。注意：本設(shè)備右邊下料片架為白色、Teflon專(zhuān)用片架。13) 作腐蝕送出作業(yè)。6、 TEGAL801平板電容型單片腐蝕機(jī)，用于多晶淀積后硅片背面多晶的剝離。工藝氣體：SF6。操作步驟：1) 按AC，打開(kāi)主機(jī)電源。2

20、) 按CH1，打開(kāi)工藝通道。3) 按Wafer Feed進(jìn)行先行片腐蝕。4) 先行片腐蝕結(jié)束后，檢查背面腐蝕情況。5) 若先行片腐蝕無(wú)異樣，按Auto進(jìn)行批腐蝕。6) 腐蝕結(jié)束后，將圓片移回傳片架，進(jìn)行腐蝕送出作業(yè)。注意：該工藝腐蝕的是圓片背面多晶硅，腐蝕時(shí)必須使硅片背面朝上。7、 TEGAL1511E平板電容型單片腐蝕機(jī)，用于多晶和Si3N4的腐蝕。1) 若主機(jī)處于“Standby”狀態(tài)，按觸摸屏上的“release”鍵使主機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。2) 待主機(jī)顯示“Idle”狀態(tài)，屏幕下方的命令行出現(xiàn)。檢查命令行上方的菜單名，如不是所需菜單名，按菜單名鍵，直至得到所需菜單名*。3) 用硅片轉(zhuǎn)換器把待

21、腐蝕的圓片整理好，放于主機(jī)左側(cè)上料臺(tái)，將空的工作片架放于主機(jī)右側(cè)出料臺(tái)。4) 按下“WAFER”鍵，進(jìn)行先行片刻蝕。5) 先行片腐蝕結(jié)束后，取出放在顯微鏡下檢查，若無(wú)異樣，用膜厚儀測(cè)剩余SiO2厚度符合要求。6) 先行片檢查符合要求后，將片架放回出料臺(tái)。7) 按“LOT”鍵，進(jìn)行批腐蝕。8) 腐蝕結(jié)束后，將圓片移回傳片架，進(jìn)行腐蝕送出作業(yè)。9) 腐蝕結(jié)束后，如不連續(xù)工作，按“more”鍵，直至命令行出現(xiàn)“Standby”命令，按“Standby”使主機(jī)進(jìn)入“Standby”狀態(tài)。附：1、腐蝕工藝簡(jiǎn)表工序名稱(chēng)使用設(shè)備腐蝕薄膜UV固膠Fusion 150熱堅(jiān)膜烘箱N(xiāo)阱腐蝕Tegal 1511eLPCVD SiNLam490去氮化硅濕法腐蝕臺(tái)場(chǎng)氧后的LPCVD SiN，推阱后的LPCVD SiN漂SiO2濕法腐蝕臺(tái)1. 推阱后 2. 預(yù)柵氧前 3. 柵氧前的漂洗BOE腐蝕二氧化硅濕法腐蝕臺(tái)熱二氧化硅、TEOS、BPSG濕法去膠濕法腐蝕臺(tái)注入和腐蝕后的去膠干法去膠PRS-800注入和腐蝕后的去膠有源區(qū)腐蝕Tegal 1511eLPCVD SiNLam490埋孔腐蝕Lam 490多晶硅去背面Tegal 801多晶硅多晶腐蝕Lam 490多晶硅多晶通孔腐蝕Lam 4500i多晶硅多晶腐蝕Lam 490多晶硅標(biāo)記腐蝕Lam 490硅片接觸孔腐蝕Lam 4500