学习情景四图形加工学习子情景二刻蚀.ppt

典型反应气体 目前生产上经常用CF3与Cl2混合进行等离子体刻蚀； Cl2有较好的选择性； 有时还会加入少量氧以提高刻蚀速率； 氮化硅的干法刻蚀 Si3N4的干法刻蚀方法和SiO2一样，只不过Si-N键的键结强度介于Si-O键和Si-Si之间； 如果用CF4或其他含氟的气体来进行刻蚀，则选择性较差； 以CF3为例， 对SiO2与Si的刻蚀选择性在10以上，但是对Si3N4与Si的刻蚀选择性仅在3~5之间，对Si3N4与SiO2的选择性仅在2~4之间。故近期改用NF3的等离子体进行刻蚀，结果比较理想； 多晶硅的刻蚀 多晶硅的刻蚀比Si3N4和SiO2要复杂得多； 多晶硅栅极本身由两层不同材料组成（多晶硅和金属硅化物），单一等离子体对其刻蚀速率不一致，所以，必须分两步走，以便对某一材质进行刻蚀； 首先对金属硅化物的刻蚀，氟原子和氯原子都可以和各种过渡金属反应生成具有挥发性的化合物，刻蚀气体有CF4、 SF6、 Cl2、及HCl等； 生产挥发性WF4、 WCl4等； 硅的刻蚀： 氟原子对多晶硅有刻蚀，但这种刻蚀是各向同性的，而多晶硅的刻蚀必须是各向异性的，所以，氟原子不适合多晶硅的刻蚀； 也即，CF4及SF6都不适合多晶硅的刻蚀； 只有对硅刻蚀呈现出各向异性的氯原子可以作为合适的刻蚀气体； 主要有Cl2及HCl、还有SiCl4也可以。 铝和铝合金的刻蚀 铝刻蚀 氟化物气体不适合铝的刻蚀； 形成的化合物AlF3的挥发性很低； 目前大都采用氯化物，如SiCl4 、CCl4等气体与氯气混合来进行RIE刻蚀； Al+3Cl AlCl3 注意： 由于空气中存在着大量的氧和水，对铝容易生成30~50埃的Al2O3； 这一层Al2O3无法用Cl2排除； 因此，铝的初期刻蚀也要分两个步骤进行：先把Al2O3去除掉，然后再刻蚀铝。 生产上大多采用BCl3 — Cl2的混合气体来进行RIE； 刻蚀的氯原子主要来自Cl2； 加入BCl3的作用有两个： BCl3与O2及水的反应性好，加入BCl3可以去除等离子体中的水汽和O2的含量； BCl3在等离子体内可形成BClx原子团及BCl3+ （正离子），其中， BCl3+ 是产生离子轰击的重要的离子来源之一； 铜的刻蚀 铜的刻蚀十分困难； 因为铜和氯生成的CuCl2并不是一种挥发能力很强的物质，所以铜的刻蚀不能用化学反应方法来进行； 必须以等离子体内的离子，对铜施以溅射，才能通过物理的能量转化方式将它除去； 这就是铜虽然导电性能比铝好，当前尚不能被半导体器件或集成电路制造所接受的原因！ 干法刻蚀的其它用途 干法刻蚀除了用于刻蚀晶片表面薄膜材料，还可以用于去胶、干式清洗（硅片表面的清洗和反应器内腔的清洗）等工作； 一些易于氧化的材料，用湿法清洗很容易被氧化，如果改用干法洗，就可以避免这一缺陷； 目前用得最多的是干法刻蚀的反应室，可以与淀积金属的薄膜反应实相连接，经干法清洗以去除硅片表面氧化层后，可以保持在真空状态下，再进行表面镀膜； 砷化镓的刻蚀 砷化镓采用阳极氧化法，即氧化还原反应； 砷化镓被OH-氧化成三氧化二镓和三氧化二砷；溶液中的酸或碱再溶解这些氧化物，形成可溶性盐类或络合物； 常用的腐蚀液是溴-甲醇溶液。甲醇提供OH-，溴既是强氧化剂，又能溶解氧化产物而形成溴化物； 去 胶 腐蚀完毕必须将光刻胶去除，这一工序叫去胶； 常用方法有： 溶剂去胶 氧化去胶 等离子体去胶 溶剂去胶 原理： 把带有光刻胶的硅片浸在适当的溶剂内，使聚合物膨胀，然后把胶擦除，称为溶剂去胶； 腐蚀液： 含有氯的烃化物，如三氯乙烯； 这些化合物含有较多的无机杂质，因此会在衬底表面留下微量杂质，可能引起不良后果； 洗涤周期长，操作较麻烦，故很少采用； 优点： 在常温下进行，不会使铝层发生变化； 氧化去胶 原理： 用氧化剂把光刻胶腐蚀掉。又称为湿法去胶； 氧化剂：硫酸 硫酸能使光刻胶中的碳被氧化而析出来，碳的析出要影响硅片表面质量，因此，在硫酸中还要加一些双氧水，使碳氧化成CO2析出； 典型的氧化去胶是H2SO4 ：H2O2=3：1； 优点： 洗涤过程十分简单，即用去离子水冲洗即可； 但要注意，氧化剂对衬底表面也有腐蚀作用（十分轻微）； 等离子体去胶 一种近几年发展起来的一种新工艺； 不需要化学试剂，也不需要加温，因此，器件的结构性和金属铝层都不受影响； 这对提高产品质量和可靠性有好处； 原理： 系统中通入氧气，在外加高频电磁场作用下，氧气电离，形成等离子区； 其中活化的原子态氧约占10%~20%，他们活性活泼，氧化能力强，与光刻胶发生反应； 使之变成CO2 、H2O、CO和其他挥发性性氧化物而被机械泵排出，达到去胶目的； 学习情景四 常州信息职业技术学院 单元四：图形加工学习