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半导体制造技术导论（第二版） 第九章 刻蚀工艺 白雪飞 中国科学技术大学电子科学与技术系 提纲 • 简介 • 刻蚀工艺基础 • 湿法刻蚀工艺 • 干法刻蚀工艺 • 等离子体刻蚀工艺 • 刻蚀工艺制程趋势 • 刻蚀工艺发展趋势 2 简 介 先进的集成电路工艺流程 先进的集成电路工艺流程 4 刻蚀工艺简介 • 刻蚀工艺 – 移除晶圆表面材料 – 图形化刻蚀：去除指定区域的材料，将图形转移到衬底薄膜上 – 整面全区刻蚀：去除整个表面薄膜达到所需工艺要求 • 湿法刻蚀 – 利用化学溶液将未被光刻胶覆盖的材料溶解 – 等向性刻蚀轮廓，会造成光刻胶底切效应和关键尺寸损失 – 1980年代后，湿法刻蚀逐渐被干法刻蚀取代 – 先进半导体制造中，薄膜剥除和薄膜质量控制仍使用湿法刻蚀 • 干法刻蚀 – 先进半导体制造中，几乎所有图形化刻蚀都利用等离子体刻蚀技术 5 多晶硅栅刻蚀工艺 多晶硅栅刻蚀工艺流程 (a) 光刻；(b) 刻蚀多晶硅；(c) 去光刻胶 6 湿法和干法刻蚀轮廓 湿法和干法刻蚀轮廓 7 CMOS集成电路的刻蚀工艺 具有多晶硅栅和铝金属化CMOS集成电路芯片的刻蚀工艺 8 先进CMOS集成电路截面图 一种先进CMOS集成电路截面图 包括选择性外延源极/漏极、高、金属栅和铜互连 9 刻蚀工艺基础 刻蚀速率 • 刻蚀速率 – 刻蚀物质被移除的速率 – 刻蚀速率直接影响刻蚀的产量 • 计算方法 刻蚀前厚度− 刻蚀后厚度 刻蚀速率= 刻蚀时间 接触孔示意图 – 对于图形化刻蚀，可以通过扫描 电子显微镜(SEM)直接测量被移 除的薄膜厚度 11 刻蚀均匀性和选择性 • 刻蚀均匀性 – 均匀的刻蚀速率、高的重复性 – 好的晶圆内均匀性、好的晶圆对晶圆均匀性 – 由测量刻蚀前后晶圆特定点的厚度，并计算这些点的刻蚀速率得出 − 2 + − 2 + − 2 + ⋯+ − 2 1 2 3 = − 1