第7章刻蝕工藝

1、回顧 1、真空的分類？ 2、真空區(qū)域的劃分？ 3、真空泵的分類？ 4、哪些工藝或器件需要真空？真空度的單位 自然真空：宇宙空間所存在的真空； 人為真空：用真空泵抽調(diào)容器中的氣體所獲得的真空。幾種壓強(qiáng)單位的換算關(guān)系真空區(qū)域的劃分 粗真空：1105 1102 Pa。 低真空： 1102 1101 Pa。 高真空： 1101 1106 Pa。 超高真空： 1106 Pa。真空泵的分類常用真空泵的分類氣體傳輸泵氣體捕獲泵擴(kuò)散泵鈦升華泵濺射離子泵低溫冷凝泵機(jī)械泵分子泵真空的獲得幾種常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍真空的測量真空測量絕對真空計(jì)相對真空計(jì)U型壓力計(jì)壓縮式真空計(jì)放電真空計(jì)熱傳導(dǎo)真空計(jì)電離真空計(jì)a. a

2、. 濕法刻蝕濕法刻蝕：采用采用液態(tài)化學(xué)試劑液態(tài)化學(xué)試劑進(jìn)行薄膜刻蝕進(jìn)行薄膜刻蝕b. b. 干法刻蝕干法刻蝕：采用采用氣態(tài)的化學(xué)氣體氣態(tài)的化學(xué)氣體進(jìn)行薄膜刻蝕進(jìn)行薄膜刻蝕 說明 干法刻蝕物理性刻蝕化學(xué)性刻蝕反應(yīng)離子刻蝕 在硅片制造過程中用到兩種基本的氮化硅。一種是在700800下用LPCVD淀積的，另一種是在低于350下用PECVD淀積的。后一種氮化硅膜的刻蝕速率較快。刻蝕氮化硅常用的主要?dú)怏w是CF4。 在MOS器件中，摻雜的LPCVD多晶硅是用作柵極的導(dǎo)電材料。摻雜多晶硅線寬決定了有源器件的柵長，并會(huì)影響晶體管的性能（見圖12.17）。多晶硅柵的刻蝕工藝必須對下層?xùn)叛趸瘜佑懈叩倪x擇比并具有非常

3、好的均勻性和重復(fù)性。同時(shí)也要求高度的各向異性，因?yàn)槎嗑Ч钖旁谠?漏的注入過程中起阻擋層的作用。傾斜的側(cè)壁會(huì)引起多晶硅柵結(jié)構(gòu)下面部分的摻雜 刻蝕多晶硅（或硅）通常是一個(gè)三步工藝過程： 1）預(yù)刻蝕，用于去除自然氧化層、硬的掩蔽層和表面污染物來獲得均勻的刻蝕； 2）接下來是刻至終點(diǎn)的主刻蝕。這一步用來刻蝕掉大部分的多晶硅膜，并不損傷柵氧化層和獲得理想的各向異性的側(cè)壁剖面； 3）最后是過刻蝕，用于去除刻蝕殘留物和剩余多晶硅，并保證對柵氧化層的高選擇比。 多晶硅刻蝕氣體傳統(tǒng)上是氟基氣體，在刻蝕硅的過程中氟原子起作用。采用氯或溴化學(xué)氣體可以產(chǎn)生各向異性刻蝕和對氧化硅有好的選擇比。 用Cl2等離子體對多晶硅

4、進(jìn)行刻蝕， Cl2與多晶硅的反應(yīng)方程式如下所示： Cl2 2Cl Si+2Cl SiCl2 SiCl2 +2Cl SiCl4 SiCl2會(huì)形成一層聚合物保護(hù)膜，反應(yīng)方程式如下： n SiCl2 n(SiCl2) 單晶硅刻蝕主要用于制作溝槽，如器件隔離溝槽或垂直電容的制作。硅槽的刻蝕要求對每一個(gè)溝槽都進(jìn)行精確的控制，要求有一致的光潔度、接近的垂直側(cè)壁、正確的深度和圓滑的溝槽頂角和底角，因此需采用多步工藝，并對最后一步進(jìn)行優(yōu)化。淺槽的刻蝕氣體多用氟氣，深槽常使用氯基或溴基氣體。 金屬刻蝕的要求主要有以下幾點(diǎn)： 1）高刻蝕速率（大于1000nm/min）； 2）對下面層的高選擇比，對掩蔽層（大于4:

5、1）和層間介質(zhì)層（大于20:1）； 3）高的均勻性，且CD控制很好，沒有微負(fù)載效應(yīng)； 4）沒有等離子誘導(dǎo)充電帶來的器件損傷； 5）殘留物污染少； 6）快速去膠； 7）不會(huì)腐蝕金屬。鋁的刻蝕。 鋁是半導(dǎo)體制備中最主要的導(dǎo)線材料，具有電阻低、易于淀積和刻蝕等優(yōu)點(diǎn)。鋁刻蝕通常采用加入鹵化物的氯基氣體，最常用的是BCl3。因?yàn)殇X在常溫下表面極易氧化生成氧化鋁，氧化鋁阻礙了刻蝕的正常進(jìn)行，而BCl3可將自然氧化層還原、保證刻蝕的進(jìn)行，而且BCl3還容易與氧氣和水反應(yīng)，可吸收反應(yīng)腔內(nèi)的水汽和氧氣，從而降低氧化鋁的生成速率。 在互連線金屬刻蝕中的一個(gè)難點(diǎn)是VLSI / ULSI技術(shù)中常用的多層金屬復(fù)合膜的復(fù)雜性，在復(fù)合膜中常常有抗反射的TiN或其他材料層和下面的粘附阻擋層，這些都增加了刻蝕工藝的復(fù)雜性。可以采用多步刻蝕工藝技術(shù)刻蝕這種金屬復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。 鎢是在多層金屬結(jié)構(gòu)中常用的一種用于通孔填充的重