刻蚀10-2课件.pptVIP

刻蚀工艺 8.10 ULSI对图形转移的要求 在光刻工艺，经过曝光和显影之后，在光刻胶层中形成的微图形结构，只能给出集成电路的结构形貌，并不是真正意义的器件结构，必须把光刻胶层上的图形转移到位于光刻胶下方的材料上去。 通过刻（腐）蚀可以在光刻胶下方材料上重现出与光刻胶层上相同的图形，实现图形的转移。 刻蚀技术：气态干法刻蚀、液态湿法刻蚀 干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者利用高能离子束轰击完成去除物质的方法。 湿法刻蚀：利用化学试剂（酸、碱），以化学方式去除硅片表面的材料。 尺寸较大3μm 图形转移的保真度 纵向腐蚀速率Vv ，侧向腐蚀速率为V1 V1=0 各向异性腐蚀:方向不同，腐蚀速率不同 Vv =V1各向同性腐蚀:不同方向之间腐蚀速率相同 一般情况Vv V1 0 不同程度的各向异性 腐蚀的各向异性的程度，通常用A表示 A=1- V1 /Vv 8.37 改写 A=1- (df-dm) /2h 8.38 选择比 是指被刻蚀的材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率之比 在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多少 高选择比意味着只刻除想要刻去的那一层材料。高选择比工艺不刻蚀下面的一层材料并且保护的光刻胶也不被刻蚀。 均匀性 在ULSI中硅片尺寸很大，被腐蚀的图形尺寸很小。在硅片厚度存在起伏，同一硅片的不同部位的腐蚀速率也并不相同，这些因素都会造成腐蚀图形转移不均匀。 刻蚀的清洁 ULSI的图形非常精细，在腐蚀过程中如果引入玷污，既影响图形转移的精度，又增加了腐蚀后清洁的复杂性和难度。 8.11湿法腐蚀 在湿法腐蚀的过程中通过使用特定的溶液与需要被腐蚀的薄膜材料进行化学反应，进而去除没有被光刻胶覆盖的俄区域的薄膜。 优点：工艺简单 缺点：线宽控制困难 8.11.1硅的湿法腐蚀1.硅的各向同性腐蚀 氢氟酸和硝酸系列腐蚀原理 氢氟酸能腐蚀二氧化硅，但对硅的腐蚀作用很慢这种腐蚀液对硅的腐蚀可以分为两步： 第一步是，硝酸可以将硅氧化为二氧化硅，其反应方程如下： 3Si + 4HNO3 = 3SiO2 + 2H2O +4NO 二氧化硅是难溶物质，它即不溶于水也不溶于硝酸。同时，由于硅表面被硝酸氧化而形成一层致密的氧化膜，对硅表面起保护作用，阻碍了硝酸对硅进一步的氧化。 第二步是氢氟酸对硝酸氧化而产生的二氧化硅层进行腐蚀，他生成可溶于水的络合物六氟硅酸（H2[SiF6]）。其反应式如下： SiO2+ 6HF = H2[SiF6] + 2H2O 由于氢氟酸的存在，破坏了硅表面的二氧化硅。因而，硅可以不断的被硝酸氧化，生成的二氧化硅，同时又不断的被氢氟酸溶解。这样可以使腐蚀进行下去。 2.硅的各向异性腐蚀 硅单晶具有各向异性的特点，所以，在某些腐蚀液中，相同的腐蚀条件下〈100〉、〈110〉和〈111〉晶向的腐蚀速率不同。 利用这一特性，可以将硅腐蚀成各种不同的形状。常用硅的各向异性腐蚀液有KOH、EPW等。 KOH系列腐蚀原理 KOH腐蚀系列：KOH、H2O、(CH3)2CHOH（异丙醇，缩写为IPA）的混合液。 其腐蚀的反应式如下： KOH+H2O=K+2OH-+H+ 　　　　 Si+OH-+4H2O = Si(OH)6-2 Si(OH)6-2+ 6(CH3)2CHOH = [Si(OC3H7)6] -2 + 6H2O KOH将硅氧化成含水的硅化合物，然后与异丙醇反应，形成可溶解的硅络合物，这种络合物不断离开硅的表面 硅的反应速率与晶向的关系： 〈100〉＞〈110〉＞〈111〉 ，在〈111〉方向的腐蚀速率极慢。 KOH溶液对重掺杂硅的腐蚀速率很小(不腐蚀) EPW系列腐蚀原理 EPW系列：乙二胺（NH2(CH2)NH2），邻苯二酚（C6H4(OH)2）和水(H2O) ，简称EPW（EPW是乙二胺，邻苯二酚和水的英文缩写）。 反应如下： 2NH2(CH2)2NH2+6H2O+Si=[Si(OH)6] -2 2NH2(CH2)2NH3++2H2 络合过程： [Si(OH)6] -2+3C6H2(OH)2 ?[Si(C6H4O2)3] -2+6H2O 整个反应方程可表示