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第十六章 刻蚀 学习目标： 1、刻蚀的9个重要参数； 2、解释干法刻蚀，包括它的优点，以及它是如 何进行的； 3、描述7种干法等离子体刻蚀设备； 4、解释高密度等离子体（HDP）刻蚀的好处， 4种HDP刻蚀机； 5、举出介质、硅和金属干法刻蚀的实际例子； 6、湿法刻蚀及应用； 7、刻蚀检查以及相关的重要的质量测量方法。 第十六章 刻蚀：16.1 引言 刻蚀：利用化学或物理的办法有选择的去除不需要材料的工艺过程。 刻蚀的要求取决于要制作的特征图形的类型，特征尺寸的缩小使刻蚀工艺中对尺寸的控制要求更严格。 大马士革工艺重点在于介质的刻蚀而不是金属的刻蚀。 刻蚀在CMOS技术中的应用 在晶片厂中的位置 第十六章 刻蚀：16.1 引言 刻蚀工艺： 干法刻蚀、湿法刻蚀 从材料来划分，刻蚀分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀 有图形刻蚀、无图形刻蚀 16.2 刻蚀参数 刻蚀速率 刻蚀剖面 刻蚀偏差 选择性 均匀性 残留物 聚合物 等离子体诱导损伤 颗粒沾污和缺陷 刻蚀速率 湿法各向同性化学腐蚀 具有垂直刻蚀剖面的各向异性刻蚀 湿法刻蚀和干法刻蚀的侧壁剖面 刻蚀偏差 刻蚀中的横向钻蚀和倾斜 刻蚀选择比 刻蚀均匀性 聚合物侧壁钝化来提高各向异性 第十六章 刻蚀：16.2 刻蚀参数 残留物 等离子体诱导损伤 颗粒沾污和缺陷 第十六章 刻蚀：16.3 干法刻蚀 干法刻蚀优点： 1、刻蚀剖面具有各向异性，具有非常好的 侧壁剖面控制； 2、好的CD控制； 3、最小的光刻胶脱落或粘附问题； 4、好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性； 5、较低的化学制品使用和处理费用 干法刻蚀缺点：对下层材料的差刻蚀选择比、等离子体损伤以及昂贵的设备 硅片的等离子体刻蚀过程 化学和物理的干法刻蚀机理 化学干法等离子体刻蚀和物理干法等离子体刻蚀 刻蚀机辉光放电区域原理图和电势分布 刻蚀参数的影响 第十六章 刻蚀：16.4 刻蚀反应器 干法刻蚀等离子体反应器类型： 1、圆筒式反应器； 2、平板（平面）反应器； 3、顺流刻蚀系统； 4、三极平面反应器； 5、离子铣； 6、反应离子刻蚀； 7、高密度等离子体刻蚀机 典型的圆桶式等离子刻蚀机 平板（平面）等离子刻蚀机 顺流刻蚀系统 三极平面反应器 离子束刻蚀机的原理 平行板RIE反应器 高密度等离子体刻蚀机 电子回旋加速反应器的原理图 电感耦合等离子刻蚀机 双等离子源 (DPS) 磁增强反应等离子刻蚀机(MERIE) 干法刻蚀系统评价 等离子刻蚀中被激发的基团的特征波长 介质刻蚀 Oxide Silicon Nitride 硅刻蚀 Polysilicon Single-Crystal Silicon 金属刻蚀 Aluminum and Metal Stacks Tungsten Etchback Contact Metal Etch 第十六章 刻蚀：16.5 干法刻蚀应用 干法刻蚀的特点： 1、对不需刻蚀材料的高选择比； 2、可接受的刻蚀速率； 3、好的侧壁剖面控制； 4、好的片内均匀性； 5、低的器件损伤； 6、宽的工艺制造窗口 干法刻蚀的特征参数 设备参数: Equipment design Source power Source frequency Pressure Temperature Gas-flow rate Vacuum conditions Process recipe 其它相关因素: Cleanroom protocol Operating procedures Maintenance procedures Preventive maintenance schedule 工艺参数: Plasma-surface interaction: - Surface material - Material stack of different layers - Surface temperature - Surface charge - Surface topography Chemical and physical requirements Time 质量指标: Etch rate Selectivity Uniformity Feature profile Critical dimensions Residue 介质刻蚀：氧化物刻蚀反应器 不同深度的接触孔刻蚀 硅的干法腐蚀: CF4 多晶硅导体长度 多晶硅栅刻蚀步骤 1. 预刻蚀：去除自然氧化层和表面污染物； 2. 主刻蚀：在不损伤栅氧化层的条件下，刻蚀大部分的多晶硅膜； 3. 过刻蚀：去除残留物和剩余多晶硅。 在多晶硅刻蚀中不期望的微槽 硅槽：STI 、垂