微電子工藝之刻蝕技術(shù)課件

1、第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）n定義：用光刻方法制成的微圖形，只給出了電路的行貌并，不是真正的器件結(jié)構(gòu)。因此，需將光刻膠上的微圖形轉(zhuǎn)移到膠下面的各層材料上去，這個(gè)工藝叫做刻蝕。n VLSI對(duì)圖形轉(zhuǎn)移的要求：保真度；選擇比；均勻性；清潔度。n保真度A：A=1|df dm| / 2h1Vl/Vv， Vl側(cè)向腐蝕速率，Vv 縱向腐蝕速率； A=0,各向同性刻蝕; A=1, 理想的各向異性刻蝕; 1A0 ，實(shí)際的各向異性刻蝕第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）n選擇比 如SiO2的刻蝕中，對(duì)光刻膠和硅的腐蝕速率要很低，對(duì)SiO2的腐蝕速率要很高。第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）n均勻性：

2、膜層厚度的不均勻與刻蝕速率的不均勻 圖形轉(zhuǎn)移尺寸的不均勻。 設(shè)：平均膜厚h，厚度變化因子， 0 1； 則：最厚處為h（1+），最薄處h（1-）； 設(shè)：平均刻蝕速率v，速度變化因子， 0 1； 則：最大為v(1+)，最小為v(1-)； 設(shè)：最厚處用最小刻速腐蝕, 時(shí)間為tM； 最薄處用最大刻速腐蝕, 時(shí)間為tm； 則: t M=h(1+)/v(1-)，t m= h(1-)/v(1+) 若腐蝕時(shí)間取tm，則厚膜部位未刻蝕盡； 腐蝕時(shí)間取tM，則部分過刻蝕.第五章 刻蝕技術(shù)（圖形轉(zhuǎn)移）n清潔度： 腐蝕過程引入的玷污，即影響圖形轉(zhuǎn)移的質(zhì)量，又增加了腐蝕后清洗的復(fù)雜性和難度。 例如，重金屬玷污在接觸孔部

3、位，將使結(jié)漏電。一、濕法刻蝕n定義:利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達(dá)到刻蝕目的。n步驟：1）反應(yīng)物擴(kuò)散到被刻蝕的材料表面； 2）反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)； 3）反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴(kuò)散到溶液中，并 隨溶液被排出。n特點(diǎn)：各相同性腐蝕n優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)量高，具有很好的刻蝕選 擇比，重復(fù)性好。n缺點(diǎn)：鉆蝕嚴(yán)重，對(duì)圖形的控制性較差，難于獲得精細(xì) 圖形（刻蝕3m以上線條）。一、濕法刻蝕1.腐蝕SiO2n腐蝕劑：HF， SiO2+HFH2SiF6+H2On緩沖劑：NH4F， NH4FNH3+HF n常用配方(KPR膠）：HF: NH4F: H2O=3ml:6

4、g:10ml (HF溶液濃度為48)n腐蝕溫度：3040，水浴。 T太低或太高都易浮膠或鉆蝕n腐蝕時(shí)間：由腐蝕速度和SiO2厚度決定。 t 太短：腐蝕不干凈。 t 太長(zhǎng)：腐蝕液穿透膠膜產(chǎn)生浮膠；邊緣側(cè)蝕嚴(yán)重。一、濕法刻蝕2.腐蝕AlH3PO4: 2Al+6H3PO4=2Al(H2PO4)3+3H2 H2氣泡的消除：少量酒精或醋酸；超聲波或攪動(dòng)。KMnO4: KMnO4+Al NaOH KAlO2+MnO2n配方： KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml堿性溶液： 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2n配方： NaOH:H2O:甘油:酒精=5g:8ml:3ml:6m

5、l 甘油的作用：減弱NaOH的活潑性。n缺點(diǎn)：對(duì)膠膜有浸蝕，橫向腐蝕嚴(yán)重，Na污染。一、濕法刻蝕3.腐蝕Si3N4n腐蝕液：熱H3PO4，180一、濕法刻蝕4.腐蝕SiHNO3-HF-H2O(HAC)， Si+HNO3+HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2KOH-異丙醇5.腐蝕poly-Sin腐蝕液：HF-HNO3 -HAC6.腐蝕Au、Ptn腐蝕液王水： HNO3（發(fā)煙）:HCl=1:3（體積比） Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O 3Pt+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O一、濕法刻蝕7.腐蝕PSG、BPSGn氟化胺溶液(HF6%+NH4F30%

6、):冰醋酸=2:18.去膠n熱硫酸， SiO2表面a. 濃H2SO4煮兩遍，去離子水沖凈。b. 1號(hào)液（NH4OH:H2O2:H2O=1:2:5)煮，去離子水沖凈。c.（H2SO4:H2O2=3:1)混合液浸泡。一、濕法刻蝕nAl表面na.二甲苯或丙酮浸泡，棉球擦除。nb.丙酮中水浴15分鐘。nc.發(fā)煙HNO3浸泡1分鐘。（保證Si片表面相當(dāng)干燥）二、干法刻蝕n腐蝕劑：活性氣體，如等離子體。n特點(diǎn)：各向異性腐蝕強(qiáng)；分辨率高；刻蝕3m以下線 條。1. 等離子體刻蝕化學(xué)性刻蝕 刻蝕氣體：CF4、BCl3、CCl4 刻蝕機(jī)理：等離子體活性基團(tuán)與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)。 CF4 RF CF3*、CF

7、2* 、CF* 、F* BCl3 RF BCl3* 、BCl2* 、Cl* 二、干法刻蝕刻蝕Si、SiO2、 Si3N4 n刻蝕劑CF4 ； F*+SiSiF4 F*+SiO2 SiF4+O2 CF3*+SiO2 SiF4+CO+CO2 Si3N4F* SiF4+N2刻蝕Aln刻蝕劑：BCl3、CCl4、CHCl3； Cl*+AlAlCl3刻蝕難熔金屬及其硅化物：W,Mo,Cr,WSi2,Au,Pt等n刻蝕劑:CF4,SF6,C2Cl2F4二、干法刻蝕二、干法刻蝕去膠刻蝕劑：O2等離子體刻蝕機(jī)理： O2 RF O2*、O* O*CXHXCO2+H2O+揮發(fā)性低分子O2去膠： O2 CXHX 450550 CO2+H2O+揮發(fā)性低分子2.反應(yīng)離子刻蝕（RIE）n刻蝕機(jī)理：等離子體活性基的化學(xué)反應(yīng)正離子轟擊的 物理濺射。n刻蝕劑：與等離子體刻蝕相同。n特點(diǎn)（與等離子體刻蝕相比）：腐蝕速度快，各向異性 強(qiáng)。二、干法刻蝕3.物理濺射刻蝕n刻蝕劑：惰性氣體等離子體，如Ar。n刻蝕機(jī)理：純物理濺射。n特點(diǎn)：各向異性腐蝕；易刻蝕難熔金屬及其硅化物； 選擇性差；損傷嚴(yán)重。4.刻蝕的選擇比例：刻蝕SiO2及SiCF4+O2：刻蝕速率增加機(jī)理： CF4+O2F*+O*+COF*+COF2+CO