完整版2019年 西安交通大学微电子制造技术第十六章刻蚀 精选文档.ppt

电信学院 微电子学系 31 微电子制造技术 干法刻蚀的应用 ? 介质的干法刻蚀 – 氧化物 – 氮化硅 ? 硅的干法刻蚀 – 多晶硅栅刻蚀 – 单晶硅的刻蚀 ? 金属的干法刻蚀 – 铝和金属复合层 – 钨的反刻 – 接触金属刻蚀 电信学院 微电子学系 32 微电子制造技术 干法刻蚀的要求 1. 高的选择比 2. 高的刻蚀速率 3. 好的恻壁剖面控制 4. 好的片内均匀性 5. 低的器件损伤 6. 宽的工艺容限。 电信学院 微电子学系 33 微电子制造技术 设备参数 : ? 设备设计 ? 电源 ? 电源频率 ? 应力 ? 温度 ? 气流速率 ? 真空状况 ? 工艺菜单 其它相关因素 : ? 净化间规范 ? 操作过程 ? 维护过程 ? 预防维护计划 工艺参数 : ? 等离子体－表面相 互作用 - 表面材料 - 复合金属的不同 层 - 表面温度 - 表面电荷 - 表面形貌 ? 化学和物理要求 ? 时间 质量指标 : ? 刻蚀速率 ? 选择性 ? 均匀性 ? 特性曲线 ? 关键尺寸 ? 残留物 Plasma-etching a wafer Figure 16.25 干法刻蚀中的关键参数 电信学院 微电子学系 34 微电子制造技术 介质的干法刻蚀 氧化物 氧化物的刻蚀通常是为了制作接触孔和 通孔，要求能够刻蚀出具有高深宽比的窗口，同时 具有高的选择比。 氧化物等离子刻蚀工艺通常采用氟碳化合物化 学气体。它是氟化的碳氢化合物（有一个或几个氢 原子被氟原子代替）。氟碳化合物气体在它们的非 等离子体状态下是化学稳定的，并且由于它们之间 的化学键比 SiF 强，因而不会与硅和硅的氧化物发生 反 应 。 许 多 化 学 气 体 都 含 有 氟 ， 如 CF 4 、 C 3 F 8 、 CHF 3 、 C 4 F 8 等。常用的气体是 CF 4 ，在射频功率的 作用下： CF 4 CF* 3 、 CF* 2 、 CF* 、 F* 其中带“ * ”表示活性基，是具有很强化学反应活性的物质。 电信学院 微电子学系 35 微电子制造技术 反应携带气体通常是 Ar 和 He 。氩气具有用于 物理刻蚀的相对大的质量，而氦气则用于稀释刻 蚀气体的浓度 , 从而增强刻蚀的均匀性。 CF 4 气体在射频功率作用下产生的 CF* 3 能腐 蚀硅的化合物，而不腐蚀硅。在 CF 4 中加入乙烯或 者氢，可减少等离子体中的 F* 的含量，而增加 CF* 3 的含量，达到腐蚀硅片表面的 SiO 2 和 Si 3 N 4 的 目的。另外采用含碳原子数较多的氟里昂气体（ C 3 F 3 ）也能增加等离子体中硅化物的腐蚀剂的比 例。 另外，在化学气体中还可以通过加入氧气来 控制氧化物和硅之间的选择比。少量的氧气能改 善氧化物刻蚀和硅刻蚀的速率，达到增加选择比 的目的，减少对下层硅的腐蚀。 电信学院 微电子学系 36 微电子制造技术 CF 4 C 3 F 8 C 4 F 8 CHF 3 NF 3 SiF 4 Ar Wafer 静电吸盘 Plasma 碳氟化物和碳氢化物的 选择 HF CF 2 F CHF CH 4 Figure 16.26 氧化物刻蚀反应器 电信学院 微电子学系 37 微电子制造技术 n-well p-well LI Oxide p+ Silicon Substrate p- Epitaxial Layer 2 Doped oxide CVD Nitride etch 5 Oxide CMP 3 4 Oxide etch 1 Nitride CVD 例子：氮化硅在 LI 氧化硅刻蚀过程中被作为刻蚀阻挡层 注释：图中数字表示 5 个操作步骤的顺序 Figure 16.27 刻蚀阻挡硬掩膜层 电信学院 微电子学系 38 微电子制造技术 硅的干法刻蚀 硅的等离子体干法刻蚀是硅片制造中的一项 关键工艺技术，刻蚀的硅层是 MOS 栅结构的多晶 硅栅和 STI 及 DRAM 电容结构中的单晶硅槽。 多晶硅等离子体刻蚀用的化学气体通常是氯 气、溴气或者氯气 / 溴气。氯气能产生各向异性的 硅恻壁剖面并对氧化硅具有好的选择比。用溴基 气体对氧化硅 / 氮化硅的选择比可大于 100 。 另一种刻蚀气体是氯气和溴气的混合气体， 如 HBr 和 Cl 2 加 O 2 。加 O 2 是为了提高刻蚀速率和对 氧化硅的选择比。用氯气和氟气刻蚀时产生的聚 合物淀积在恻壁上还可以控制恻壁形状。 电信学院 微电子学系 39 微电子制造技术 多晶硅栅 栅氧化硅 栅长确定沟道长度并 定义源漏电极的边界 Drain Source Gate Figure 16.29 多晶硅导体长度 电信学院 微电子学系 40 微电子制造技术 多晶硅栅的刻蚀工艺步骤 刻蚀多晶硅通常是一个三步工艺过程，