微電子工藝之刻蝕技術

1、第五章 刻蝕技術（圖形轉移）n定義：用光刻方法制成的微圖形，只給出了電路的行貌并，不是真正的器件結構。因此，需將光刻膠上的微圖形轉移到膠下面的各層材料上去，這個工藝叫做刻蝕。n VLSI對圖形轉移的要求：保真度；選擇比；均勻性；清潔度。n保真度A：A=1|df dm| / 2h1Vl/Vv， Vl側向腐蝕速率，Vv 縱向腐蝕速率； A=0,各向同性刻蝕; A=1, 理想的各向異性刻蝕; 1A0 ，實際的各向異性刻蝕第五章 刻蝕技術（圖形轉移）n選擇比 如SiO2的刻蝕中，對光刻膠和硅的腐蝕速率要很低，對SiO2的腐蝕速率要很高。第五章 刻蝕技術（圖形轉移）第五章 刻蝕技術（圖形轉移）n均勻性：

2、膜層厚度的不均勻與刻蝕速率的不均勻 圖形轉移尺寸的不均勻。 設：平均膜厚h，厚度變化因子， 0 1； 則：最厚處為h（1+），最薄處h（1-）； 設：平均刻蝕速率v，速度變化因子， 0 1； 則：最大為v(1+)，最小為v(1-)； 設：最厚處用最小刻速腐蝕, 時間為tM； 最薄處用最大刻速腐蝕, 時間為tm； 則: t M=h(1+)/v(1-)，t m= h(1-)/v(1+) 若腐蝕時間取tm，則厚膜部位未刻蝕盡； 腐蝕時間取tM，則部分過刻蝕.第五章 刻蝕技術（圖形轉移）n清潔度： 腐蝕過程引入的玷污，即影響圖形轉移的質量，又增加了腐蝕后清洗的復雜性和難度。 例如，重金屬玷污在接觸孔部

3、位，將使結漏電。一、濕法刻蝕n定義:利用溶液與預刻蝕材料之間的化學反應來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達到刻蝕目的。n步驟：1）反應物擴散到被刻蝕的材料表面； 2）反應物與被刻蝕薄膜反應； 3）反應后的產物從刻蝕表面擴散到溶液中，并 隨溶液被排出。n特點：各相同性腐蝕n優(yōu)點：設備簡單，成本低，產量高，具有很好的刻蝕選 擇比，重復性好。n缺點：鉆蝕嚴重，對圖形的控制性較差，難于獲得精細 圖形（刻蝕3m以上線條）。一、濕法刻蝕1.腐蝕SiO2n腐蝕劑：HF， SiO2+HFH2SiF6+H2On緩沖劑：NH4F， NH4FNH3+HF n常用配方(KPR膠）：HF: NH4F: H2O=3ml:6

4、g:10ml (HF溶液濃度為48)n腐蝕溫度：3040，水浴。 T太低或太高都易浮膠或鉆蝕n腐蝕時間：由腐蝕速度和SiO2厚度決定。 t 太短：腐蝕不干凈。 t 太長：腐蝕液穿透膠膜產生浮膠；邊緣側蝕嚴重。一、濕法刻蝕2.腐蝕AlH3PO4: 2Al+6H3PO4=2Al(H2PO4)3+3H2 H2氣泡的消除：少量酒精或醋酸；超聲波或攪動。KMnO4: KMnO4+Al NaOH KAlO2+MnO2n配方： KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml堿性溶液： 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2n配方： NaOH:H2O:甘油:酒精=5g:8ml:3ml:6m

5、l 甘油的作用：減弱NaOH的活潑性。n缺點：對膠膜有浸蝕，橫向腐蝕嚴重，Na污染。一、濕法刻蝕3.腐蝕Si3N4n腐蝕液：熱H3PO4，180一、濕法刻蝕4.腐蝕SiHNO3-HF-H2O(HAC)， Si+HNO3+HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2KOH-異丙醇5.腐蝕poly-Sin腐蝕液：HF-HNO3 -HAC6.腐蝕Au、Ptn腐蝕液王水： HNO3（發(fā)煙）:HCl=1:3（體積比） Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O 3Pt+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O一、濕法刻蝕7.腐蝕PSG、BPSGn氟化胺溶液(HF6%+NH4F30%

6、):冰醋酸=2:18.去膠n熱硫酸， SiO2表面a. 濃H2SO4煮兩遍，去離子水沖凈。b. 1號液（NH4OH:H2O2:H2O=1:2:5)煮，去離子水沖凈。c.（H2SO4:H2O2=3:1)混合液浸泡。一、濕法刻蝕nAl表面na.二甲苯或丙酮浸泡，棉球擦除。nb.丙酮中水浴15分鐘。nc.發(fā)煙HNO3浸泡1分鐘。（保證Si片表面相當干燥）二、干法刻蝕n腐蝕劑：活性氣體，如等離子體。n特點：各向異性腐蝕強；分辨率高；刻蝕3m以下線 條。1. 等離子體刻蝕化學性刻蝕 刻蝕氣體：CF4、BCl3、CCl4 刻蝕機理：等離子體活性基團與被刻蝕材料發(fā)生化學反 應。 CF4 RF CF3*、CF

7、2* 、CF* 、F* BCl3 RF BCl3* 、BCl2* 、Cl* 二、干法刻蝕刻蝕Si、SiO2、 Si3N4 n刻蝕劑CF4 ； F*+SiSiF4 F*+SiO2 SiF4+O2 CF3*+SiO2 SiF4+CO+CO2 Si3N4F* SiF4+N2刻蝕Aln刻蝕劑：BCl3、CCl4、CHCl3； Cl*+AlAlCl3刻蝕難熔金屬及其硅化物：W,Mo,Cr,WSi2,Au,Pt等n刻蝕劑:CF4,SF6,C2Cl2F4二、干法刻蝕二、干法刻蝕去膠刻蝕劑：O2等離子體刻蝕機理： O2 RF O2*、O* O*CXHXCO2+H2O+揮發(fā)性低分子O2去膠： O2 CXHX 450550 CO2+H2O+揮發(fā)性低分子2.反應離子刻蝕（RIE）n刻蝕機理：等離子體活性基的化學反應正離子轟擊的 物理濺射。n刻蝕劑：與等離子體刻蝕相同。n特點（與等離子體刻蝕相比）：腐蝕速度快，各向異性 強。二、干法刻蝕3.物理濺射刻蝕n刻蝕劑：惰性氣體等離子體，如Ar。n刻蝕機理：純物理濺射。n特點：各向異性腐蝕；易刻蝕難熔金屬及其硅化物； 選擇性差；損傷嚴重。4.刻蝕的選擇比例：刻蝕SiO2及SiCF4+O2：刻蝕速率增加機理： CF4+O2F*+O*+COF*+COF2+CO