微电子制造技术刻蚀速率.ppt

微电子制造技术第 16 章 刻 蚀 概 述 刻蚀是将硅片表面上淀积的各种绝缘介质、金属薄膜等按照掩膜版的图形结构选择性的去除，以便形成各种各样的器件结构和电路的互连。 刻蚀工艺是在显影检查完后进行，一旦膜层材料被刻蚀去除，在刻蚀过程中所造成的缺陷将无法弥补而使整个硅片报废。 刻蚀的要求取决于要制作的图形类型。如金属层、多晶硅栅、隔离槽、通孔等。因为结构的不同，所以具有大量不同刻蚀参数的材料。 特征尺寸的缩小使刻蚀工艺对尺寸的控制要求更加严格，也更加难以检测。 学 习 目 标 1. 了解9个主要的刻蚀参数； 2. 描述干法刻蚀的优点及基本原理； 列举一个介质、硅、金属干法刻蚀的实际 例子； 4. 熟悉湿法刻蚀及其应用； 了解刻蚀检查以及相关的重要的质量测量 方法。 刻蚀原理 刻蚀是利用化学或者物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩膜图形。因此，刻蚀过程中光刻胶层起着有效保护下面的膜层不受浸蚀的作用。图16.1是常规COMS栅刻蚀工艺示意图。 刻蚀工艺 刻蚀工艺的类型 湿法刻蚀 干法刻蚀 需要刻蚀的三种主要材料 硅 介质 金属 有图形的刻蚀和无图形的刻蚀 刻蚀参数 为了将掩膜图形复制到硅片表面的材料上，刻蚀必须满足一些特殊的要求，包括以下刻蚀参数。 刻蚀速率 刻蚀剖面 刻蚀偏差 选择比 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 刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除薄膜表面材料的速度（见图16.3），通常用?/min表示。刻蚀速率由工艺和设备变量决定，如被刻蚀材料类型、刻蚀机的结构、使用的刻蚀气体和工艺参数等。刻蚀速率可用下式来计算。 刻蚀速率=ΔT/t(?/min) 其中，ΔT=去掉的材料厚度（?） t=刻蚀所用的时间（min） 刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度，也与被刻蚀的图形的几何形状有关。刻蚀的面积越大刻蚀速率就越慢，因为刻蚀所需要的刻蚀剂气体就越多，这被称为负载效应。 刻蚀剖面 刻蚀剖面指的是被刻蚀图形的恻壁形状。有两种基本的刻蚀剖面，分别为各向同性的刻蚀剖面和各向异性刻蚀剖面。 各向同性刻蚀剖面是指在所有方向以相同的刻蚀速率进行的刻蚀（见图1.4）。湿法化学腐蚀就是各向同性刻蚀，因而不能用于亚微米器件制造中的选择性图形刻蚀。 对于亚微米尺寸的图形来说，希望刻蚀剖面是各向异性的，即刻蚀只在垂直于硅片表面的方向进行（见图16.5），只有很少的横向刻蚀。各向异性刻蚀对于亚微米器件的制作来说非常关键。各向异性刻蚀大部分是通过干法等离子体刻蚀来实现的。 刻蚀偏差 刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽几何尺寸的变化（见图16.6）。它通常是由于横向钻蚀引起的（见图16.7），但也会由刻蚀剖面引起。当刻蚀中去除掩膜层下过量的材料时，会引起被刻蚀材料的上表面向光刻胶边缘凹进去，这就是横向钻蚀。计算刻蚀偏差的公式如下： 刻蚀偏差=Wb－Wa 其中，Wb =刻蚀前光刻胶的线宽 Wa =光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽 刻蚀选择性 选择比是指在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料刻蚀速率的比值（见图16.8）。高选择比意味着只刻蚀想要刻蚀的材料，而对其它材料的刻蚀微乎其微。对被刻蚀材料和掩膜材料的选择比SR可以通过下式计算： SR =Ef/Er Ef =被刻蚀材料的刻蚀速率 Er =掩膜材料的刻蚀速率高的选择比可以是100:1 刻蚀均匀性 刻蚀均匀性是衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或者整个一批或批与批之间刻蚀能力之间的参数。均匀性与选择比有密切关系，因为非均匀刻蚀会产生额外的过刻蚀。保持刻蚀均匀性是保证制造性能一致的关键。难点在于刻蚀工艺必须在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保证均匀性。 刻蚀的不均匀，是因为刻蚀速率与刻蚀剖面、图形尺寸和宽度有关。因为刻蚀速率在刻蚀小窗口图形时较慢，甚至在具有高深宽比的小尺寸图形上刻蚀居然停止。这一现象被称为深宽比相关刻蚀（ARDE），也被称为微负载效应。为了提高均匀性，必须把硅片表面的ARDE效应降到最小。 残留物 刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面的刻蚀副产物。通常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。产生的原因有：被刻蚀的材料、腔体中的污染物、膜层中不均匀的杂质分布等。 刻蚀残留物是芯片制造过程中的硅片污染源，并能在去除光刻胶过程中带来一些问题