芯片制造-半导体工艺与设备教学课件完整版.pptVIP

4.3.12铝及铝合金的干法刻蚀纯铝的刻蚀比铝合金容易。在刻蚀之前,必须用溅射或化学还原法除去自然氧化层(约30?)。新鲜Al可自发地与Cl或Cl2反应,形成准挥发性的AlCl3。由于硅可用含氯等离子体刻蚀,Al-Si合金也可在含氯气体中刻蚀,形成挥发性的氯化物。对Al-Cu合金的刻蚀,由于铜不容易形成挥发性卤化物,故刻蚀之后,有含铜的残余物留在硅片上。用高能离子轰击可以去除这类物质,或者用湿法化学处理清除。刻蚀选择性:金属铝或者合金对SiO2的刻蚀选择性很好，但是由于氯也能刻蚀硅和多晶硅，故铝对硅和多晶硅的刻蚀选择性较差。干法刻蚀铝所遇到的另一个问题是刻蚀之后的侵蚀现象。空气中的湿气和含氯的残存物反应,形成HCl,使铝层受到腐蚀。因此在刻蚀之后,在碳氟化合物中将残留氯化物转变为无反应的氟化物。4.3.13其他材料的干法刻蚀钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)和钛(Ti)这些金属能形成挥发性氟化物,故可以在含氟的刻蚀剂中进行刻蚀。对SiO2有较高的选择性,但对Si不能进行选择刻蚀。可在含氯气体中刻蚀包括Cr、Au和Pt等金属。Au和Pt常用溅射法刻蚀。Cr(铬)和V(钒)能形成挥发性很强的氯氧化合物,因此,这两种金属可在氧气及含氯的混合气体中刻蚀。刻蚀速率强烈地依赖于金属膜的淀积条件和淀积方法。4.3.14刻蚀速率溅射刻蚀是利用物理溅射现象来完成的,因此刻蚀速率由溅射率、离子束入射角和入射流密度决定。在刻蚀工艺中离子的能量一般≤2keV,在这个能量范围内,大多数材料的溅射率随离子能量的增加单调上升,刻蚀速率增大,当离子能量达到一定程度后,刻蚀速率随能量的增加变缓慢。离子入射角θ表示离子射向衬底表面的角度,当入射角大于零并逐渐增加时,衬底原子脱离表面飞出的几率增大,溅射率增大,当θ＝θmax时,溅射率达到最大值,入射角继续增大,在表面反射的离子增多,溅射率下降。离子能量和入射角在等离子体刻蚀和反应离子刻蚀中,重要的是离子与材料表面之间的化学反应。但实验证明,由等离子体产生的中性粒子与固体表面之间的作用将加速反应,这种离子加速反应在许多干法刻蚀工艺中都起着重要作用。图中分别给出Ar+和XeF2离子束射向硅表面的情况,每种离子束单独入射时,刻蚀速率都相当低。Ar+离子束是物理溅射刻蚀,XeF2解离为Xe和两个F原子,然后,F原子自发地和硅反应形成挥发性氟化硅。当Ar+离子和XeF2气体同时入射时,刻蚀速率非常高,大约为两种离子束刻蚀速率总和的8倍。离子加速刻蚀图中给出的是有Ar+存在时,Cl2与硅的反应。与F原子不同,Cl2不能自发地刻蚀硅。当Ar+离子束和Cl2同时射向表面时,硅被刻蚀,而且刻蚀速率比Ar+溅射的刻蚀速率高得多。离子加速反应机理的几种解释:①离子轰击将在衬底表面产生损伤或缺陷，加速了化学反应过程；②离子轰击可直接离解反应剂分子；③离子轰击可以清除表面不挥发的残余物质。气体成份选择气体的主要依据是:在等离子刻蚀温度（室温附近)下，它们是否能和刻蚀材料形成挥发性或准挥发性卤化物。在反应刻蚀中，经常使用由一种主要气体加入一种或几种添加剂组成的混合气体，添加剂的作用是改善刻蚀速率、选择性、均匀性和刻蚀剖面。气体成份在等离子体刻蚀或反应离子刻蚀中是影响刻蚀速率和选择性的关键因素,干法刻蚀中,除了刻蚀光刻胶和有机膜外,主要用卤素气体。在一般工作条件中,气体流速对刻蚀速率R的影响不大。在极端情况下,可以观察到气体流速的影响,例如,流速很小,刻蚀速率受反应剂供给量的限制；相反,当流速很大时,输运成为反应剂损失的主要原因。气体流速温度在反应刻蚀中，温度对刻蚀速率的影响主要是通过化学反应速率体现的。为获得均匀、可重复的刻蚀速率，必须认真控制衬底温度。衬底温度上升的主要原因:等离子体加热；刻蚀过程的放热效应。压力、功率密度和频率负载效应在反应刻蚀的过程中,刻蚀的速率往往随刻蚀面积的增大而减小,这种现象称为负载效应。在反应离子刻蚀的过程中,刻蚀速率R与被刻蚀的面积成反比。说明在一次刻蚀的过程中,需要刻蚀的硅片数目越多,由于反应原子和原子团的消耗,整体的刻蚀速率就越慢。在集成电路工艺中,负载效应的出现,将影响图形尺寸的精确控制。因为,随着刻蚀到达终点,被刻材料的表面