干法刻蝕技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1、干法刻蝕技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展(總20頁(yè))-CAL-FENGHAL-(YICAI)-Company One 1CAL本頁(yè)僅作為文檔封面，使用請(qǐng)直接刪除干法刻蝕技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展摘要在半導(dǎo)體主產(chǎn)中，干法刻蝕是最主要的用來(lái)去除表面材料的刻蝕方法。而干法刻 蝕是一個(gè)慣稱，它指的是在低氣壓下雨等離子體有關(guān)的腐蝕方法。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā) 展，經(jīng)歷了多樣化的發(fā)展過(guò)程，使技術(shù)不斷完善和創(chuàng)新。一定程度上，干法刻蝕的水 平?jīng)Q定了集成電路器件性能和生產(chǎn)規(guī)模。本課程設(shè)計(jì)主要討論半導(dǎo)體制造工藝中非常重要的步驟-一刻蝕，詳細(xì)描述了干法 刻蝕的物理方法和化學(xué)方法以及基本原理，重點(diǎn)講述干法刻蝕技術(shù)在半導(dǎo)體制造工藝 中的應(yīng)用和未來(lái)的發(fā)

2、展。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體制造，刻蝕，干法刻蝕，金屬刻蝕摘 要錯(cuò)誤!未定義書簽。目 錄錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章緒論錯(cuò)誤!未定義書簽。第2章干法刻蝕的機(jī)制和原理錯(cuò)誤!未定義書簽?？涛g工藝錯(cuò)誤!未定義書簽?？涛g作用錯(cuò)誤!未定義書簽。物理刻蝕 錯(cuò)誤!未定義書簽。化學(xué)刻蝕 錯(cuò)誤!未定義書簽。第3章干法刻蝕的應(yīng)用錯(cuò)誤!未定義書簽。介質(zhì)的干法刻蝕錯(cuò)誤!未定義書簽。氧化物 錯(cuò)誤!未定義書簽。氮化物錯(cuò)課!未定義書簽。硅的干法刻蝕錯(cuò)誤!未定義書簽。多晶硅柵刻蝕 錯(cuò)誤!未定義書簽。單晶硅的刻蝕錯(cuò)課!未定義書簽。金屬的干法刻蝕錯(cuò)誤!未定義書簽。鋁和金屬?gòu)?fù)合層錯(cuò)誤!未定義書簽。鵠 錯(cuò)誤!未定義書簽。第4章干法刻蝕設(shè)備的構(gòu)成和

3、主要性能指標(biāo)錯(cuò)誤!未定義書簽。.干法刻蝕設(shè)備的概述錯(cuò)誤!未定義書簽。.干法刻蝕工藝流程錯(cuò)誤!未定義書簽。.設(shè)備的主要的組成部分錯(cuò)誤!未定義書簽。.干法刻蝕設(shè)備的主要性能指標(biāo)錯(cuò)誤!未定義書簽?？偨Y(jié)與展望錯(cuò)誤!未定義書簽。參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。在微電子學(xué)領(lǐng)域中，自1948年發(fā)明晶體管，隨后出現(xiàn)集成電路，直到整個(gè)六十年 代的二十年里，半導(dǎo)體器件光刻工藝中對(duì)各種材料均采用不同的實(shí)際進(jìn)行腐蝕，慣稱 濕法腐蝕。然而，當(dāng)器件集成度進(jìn)入中規(guī)模。結(jié)構(gòu)尺寸小于十微米時(shí)，慣用的濕法腐 蝕山于毛細(xì)現(xiàn)象和各向同性的腐蝕性就難以保證精度和重復(fù)性，迫切需要尋找新的技 術(shù)途徑。雖然人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到原子

4、核游離基具有遠(yuǎn)強(qiáng)于分子的化學(xué)活性，但一直沒(méi)有 應(yīng)用到對(duì)固體材料的腐蝕技術(shù)上。直至六十年代末才發(fā)現(xiàn)氧等離子體可用于去除殘留 碳化物，并成功地用于等離子體去膠工藝中。隨后很快地發(fā)展了半導(dǎo)體器件工藝中的 干法刻蝕技術(shù)。自七十年代初，以輝光放電產(chǎn)生的氣體等離子體進(jìn)行腐蝕加工。至今 三十多年，經(jīng)歷了多樣化的發(fā)展過(guò)程，使技術(shù)不斷得到完善和創(chuàng)新。它的發(fā)展是與集 成電路的高速發(fā)展有著密切關(guān)系的。反過(guò)來(lái)說(shuō)，干法刻蝕的水平很大程度上決定了集 成電路器件和生產(chǎn)規(guī)模。廣義而言，所謂的刻蝕技術(shù)，是將顯影后所產(chǎn)生的光阻圖案忠實(shí)地轉(zhuǎn)印到光阻 下的材質(zhì)上，形成由光刻技術(shù)定義的圖形。它包含了將材質(zhì)整面均勻移除及圖案選擇 性部分

5、去除，可分為濕式刻蝕(wet etching)和干式刻蝕(dry etching)兩種技術(shù)。濕 式刻蝕具有待刻蝕材料與光阻及下層材質(zhì)良好的刻蝕選擇比(selectivity)。然而， 山于化學(xué)反應(yīng)沒(méi)有方向性，因而濕式刻蝕是各向同性刻蝕。當(dāng)刻蝕溶液做縱向刻蝕 時(shí)，側(cè)向的刻蝕將同時(shí)發(fā)生，進(jìn)而造成底切(Undercut)現(xiàn)象，導(dǎo)致圖案線寬失真， 如下圖所示。Bias圖i-i底切現(xiàn)象自1970年以來(lái)，元件制造首先開(kāi)始采用電漿刻蝕技術(shù)(也叫等離子體刻蝕技術(shù))，人們對(duì)于電漿化學(xué)性的了解與認(rèn)識(shí)也就越來(lái)越深。在現(xiàn)今的半導(dǎo)體集成電路或 LCD制造過(guò)程中，要求精確地控制各種材料尺寸至次微米大小，而且還必須具有極高

6、的 再現(xiàn)性，電漿刻蝕是現(xiàn)今技術(shù)中唯一能極有效率地將此工作在高良率下完成的技術(shù)， 因此電漿刻蝕便成為半導(dǎo)體制造以及TFT LCD Array制造中的主要技術(shù)之一。干式刻蝕通常指利用輝光放電(glow discharge)方式，產(chǎn)生包含離子、電子等 帶電粒子以及具有高度化學(xué)活性的中性原子、分子及自山基的電漿，來(lái)進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)印 (pattern transfer)的刻蝕技術(shù)。干法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最主要方 法，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體或LCD前段制程。和其他一些技術(shù)。比如氣相腐蝕、激光誘導(dǎo) 腐蝕，以及無(wú)掩膜的聚焦離子束腐蝕等，雖然亦有別于“濕法”，但已自成體系，一 般不列入干法刻蝕之中。經(jīng)過(guò)二十多年

7、的發(fā)展，出現(xiàn)多種干法刻蝕結(jié)構(gòu)形式，她們具 有各自的時(shí)代背景，也有各自的特點(diǎn)。干法刻蝕的機(jī)制和原理2. 1 刻蝕工藝在半導(dǎo)體制造中有兩種基本的刻蝕工藝：干法刻蝕和濕法腐蝕。干法刻蝕是把硅 片表面曝露與其他中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過(guò)光刻膠中開(kāi)除的殘空，與硅片發(fā) 生物理或者化學(xué)反應(yīng)（或這兩種反應(yīng)），從而去掉曝露的表面材料。干法刻蝕是亞微 米尺寸下刻蝕器件的最主要方方法。而濕法腐蝕一般只用于尺寸較大的悄況下（大于3 微米）。濕法腐蝕仍然用來(lái)腐蝕硅片上的某些層或用來(lái)去除干法刻蝕后的殘留物。干法刻蝕也可以根據(jù)被刻蝕的材料類型來(lái)分類。按材料分，刻蝕主要分成三種： 金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕和硅刻蝕。介質(zhì)刻蝕是用

8、于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅。接觸 空和通孔結(jié)構(gòu)制作需要刻蝕介質(zhì)，從而在ILD中刻蝕出窗口，而具有高深度寬比（窗 口的深于寬的比值）的窗口刻蝕具有一定的挑戰(zhàn)性。硅刻蝕（包括多晶硅）應(yīng)用于需 要去除硅的場(chǎng)合，如刻蝕多晶硅晶體管柵和硅槽電容。金屬刻蝕主要是在金屬層上去 掉鋁合金復(fù)合層，制作出互聯(lián)線?？涛g也可以分成有圖形刻蝕和無(wú)圖形刻蝕。有圖形的刻蝕采用掩蔽層（有圖形的 光刻膠）來(lái)定義要刻蝕掉的表面材料區(qū)域，只有硅片上被選擇的這一部分在刻蝕過(guò)程 中刻掉，有圖形刻蝕可用來(lái)在硅片上制作多種不同的特征圖形，包括柵、金屬互聯(lián) 線、通孔、接觸孔和溝槽。無(wú)圖形刻蝕、反過(guò)來(lái)或剝離是在整個(gè)硅片沒(méi)有掩膜的情況 下進(jìn)行

9、的，這種刻蝕工藝用于剝離掩蔽層（如STI氮化硅剝離和用于制備近體館注入 側(cè)墻的硅化物工藝后鈦的剝離）。反刻是在想要把某一層膜的總的厚度減小時(shí)采用的 （如當(dāng)平坦化硅片表面是需要見(jiàn)效形貌特征）。光刻膠是另一個(gè)剝離的例子?？偟膩?lái) 說(shuō)。有圖形刻蝕和無(wú)圖形刻蝕工藝能夠采用干法刻蝕或濕法腐蝕技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。2. 2刻蝕作用干法刻蝕系統(tǒng)中，刻蝕作用是通過(guò)化學(xué)作用或物理作用，或者是化學(xué)和物理的 共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在純化學(xué)機(jī)理中，等離子體產(chǎn)生的反應(yīng)元素（自山基和反應(yīng)原 子）與硅片表面的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。為了獲得高的選擇比（即為了與光刻膠或下層材料的化學(xué)反應(yīng)最小）,進(jìn)入腔體的氣體（一般含氯或氟）都經(jīng)過(guò)了慎重選擇。等離子體

10、 化學(xué)刻蝕山于它是各向同性的，因而線寬控制差。反應(yīng)中產(chǎn)生的揮發(fā)性生成物被真空 泵抽走。為了獲得物理機(jī)理的刻蝕，等離子體產(chǎn)生的帶能粒子（轟擊的正離子）在強(qiáng)電 場(chǎng)下朝硅片表面加速，這些離子通過(guò)濺射刻蝕作用去除未被保護(hù)的硅片表面材料。一 般是用惰性氣體，如氮。這種機(jī)械刻蝕的好處在于它有很強(qiáng)的刻蝕方向性，從而可以 獲得高的各向異性刻蝕剖面，以達(dá)到好的線寬控制L1的。這種濺射刻蝕速率高，然而 選擇比差。另外一個(gè)問(wèn)題是被濺射作用去除的元素是非揮發(fā)性的，可能會(huì)從新淀積到 硅片表面，帶來(lái)顆粒和化學(xué)污染。還有一種是物理和化學(xué)混合作用機(jī)理，其中離子轟擊改善化學(xué)刻蝕作用?？涛g 剖面可以通過(guò)調(diào)節(jié)等離子體條件和氣體組分

11、從各向同性向異性改變。這種物理和化學(xué) 混合作用機(jī)理刻蝕能獲得好的線寬控制并有不錯(cuò)的選擇比，因而在打多少數(shù)干法刻蝕 工藝中被采用。干法刻蝕系統(tǒng)可以是各向同性或各向異性的刻蝕機(jī)，這取決于RF電場(chǎng)相對(duì)于硅 片表面的方向。意思是指正離子濺射的發(fā)生是硅片表面還是硅片的邊緣。如果這個(gè)電 場(chǎng)是垂直于硅片表面，刻蝕作用就是重正離子濺射和一些基本的化學(xué)反應(yīng)，如果這個(gè) 電場(chǎng)平行于硅片表面，物理的濺射作用就很弱，因此刻蝕作用主要是表面材料和活性 元素之間的化學(xué)反應(yīng)。2. 2. 1物理刻蝕純物理性蝕刻可視為一種物理濺鍍（Sputter）方式，它是利用輝光放電，將氣體如Ar,解離成帶正電的離子，再利用自偏壓（self

12、bias）將離子加速，濺擊在被蝕刻物的表面，而將被蝕刻物質(zhì)原子擊出。此過(guò)程乃完全利用物理上能量的轉(zhuǎn)移，故謂之物O：正離子理性蝕刻。利用下電極所產(chǎn)生的自偏壓會(huì)吸引電漿中 的正離子轟擊基板表面，達(dá)到破壞膜層表面的刻蝕L1 的，這種刻蝕的好處在于它很強(qiáng)的刻蝕方向性，從而 可以獲得高的各相異性刻蝕剖面，以達(dá)到好的線寬控 制目的。其特點(diǎn)有：圖2T物理濺射（sputter）機(jī)理1、各相異性刻蝕。2、低刻蝕選擇比。3、并且因轟擊效應(yīng)使得被刻蝕膜層表面產(chǎn)生損傷。4、反應(yīng)副產(chǎn)物多為非揮發(fā)性，容易累積于腔體內(nèi)部。2. 1. 2化學(xué)刻蝕純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，則是利用各式能量源（RF, DC, microwave等）給予

13、氣體能 量，產(chǎn)生電漿，進(jìn)而產(chǎn)生化學(xué)活性極強(qiáng)的原（分）子團(tuán)，原（分）子團(tuán)擴(kuò)散至待蝕刻物質(zhì) 的表面，與待蝕刻物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性之反應(yīng)生成物，最后揮發(fā)性生成物被真空設(shè)備 抽離反應(yīng)腔。因這種反應(yīng)完全利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)達(dá)成，故謂之化學(xué)反應(yīng)性蝕刻。這種蝕 刻方式相近于濕式蝕刻，只是反應(yīng)物及產(chǎn)物的狀態(tài)山液態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)，并利用電漿來(lái)J :活性基團(tuán)促進(jìn)蝕刻的速率。因此純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻擁有類似于濕式蝕刻的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，特點(diǎn) 有:1、各向同性刻蝕2、高刻蝕選擇比3、高刻蝕速率4、低表面損傷5、反應(yīng)腔體潔凈度較易維持圖2-2化學(xué)反應(yīng)性刻蝕機(jī)理在半導(dǎo)體以及LCD制程中，純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻應(yīng)用的悄況通常為不需做圖形轉(zhuǎn)換 的步驟，

14、如光阻的去除等。圖2-3基于化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的理想乾蝕刻過(guò)程如圖2-3所示，一個(gè)僅基于化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的理想乾蝕刻過(guò)程可分為以下兒個(gè)步 驟：（1）刻蝕氣體進(jìn)入腔體，在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電漿形態(tài)之蝕刻物種，如離子及自 由基（Radicals）： （2）蝕刻物種藉由擴(kuò)散、碰撞或場(chǎng)力移至待蝕刻物表面；（3）蝕 刻物種吸附在待蝕刻物表面一段時(shí)間；（4）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生揮發(fā)性之生成物；（5）生成物脫離表面；（6）脫離表面之生成物擴(kuò)散至氣體中并排出。上述步驟中若 其中一個(gè)停止發(fā)生，則整個(gè)反應(yīng)將不再進(jìn)行。而其中生成物脫離表面的過(guò)程最為重 要，大部份的反應(yīng)物種皆能與待蝕刻物表面產(chǎn)生快速的反應(yīng)，但除非生成物有合理的 氣壓

15、以致讓其脫離表面，否則反應(yīng)將不會(huì)發(fā)生。干法刻蝕的應(yīng)用在集成電路制造過(guò)程中需要多種類型的干法刻蝕工藝，這些應(yīng)用涉及在生產(chǎn)線上 用到的所有材料。我們將按被刻蝕材料的種類：介質(zhì)、硅和金屬，來(lái)闡述干法刻蝕。 隨著關(guān)鍵尺寸的縮小、較高的深寬比窗口以及新材料砸硅片制造過(guò)程的應(yīng)用對(duì)這三類 的刻蝕提出了挑戰(zhàn)。優(yōu)化刻蝕條件是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，一 個(gè)成功的干法刻蝕要求：1、對(duì)不需要刻蝕的材料（主要是光刻膠和下層材料）的高選擇比。2、獲得可接受的產(chǎn)能的刻蝕速率。3、好的側(cè)璧剖面控制、4、好的片內(nèi)均勻性。5、低的期間損傷。6、寬的工藝制造窗口。對(duì)于每一種特殊的干法刻蝕應(yīng)用，關(guān)鍵的刻蝕工藝參數(shù)通過(guò)

16、工藝優(yōu)化來(lái)確定。其 中一些參數(shù)在表（3-1）,在許多情況下，優(yōu)化是通過(guò)工藝設(shè)備的計(jì)算機(jī)模擬來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。因?yàn)橛霉杵M(jìn)行實(shí)際的樣機(jī)測(cè)試需要很高的成本。農(nóng)曠1干法刻蝕中的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)備參數(shù)設(shè)備設(shè)計(jì)、電源、電源頻率、壓力、溫度、氣流速率、真空狀況、工藝菜單工藝參數(shù)等離子體-表面相互作用：表面材料、復(fù)合金屬的不同 層、表面溫度、表面電荷、表面形貌；化學(xué)和無(wú)理要 求；時(shí)間質(zhì)量指標(biāo)刻蝕速率、選擇比、均與性、特性曲線、關(guān)鍵尺寸、 殘留物其他相關(guān)因素凈化間規(guī)范、操作過(guò)程、維護(hù)過(guò)程、預(yù)防維護(hù)計(jì)劃3. 1介質(zhì)的干法刻蝕對(duì)于200mm硅片，介質(zhì)的干法刻蝕是最復(fù)雜的刻蝕過(guò)程；而對(duì)于300mm硅片，介 質(zhì)刻蝕將遇到最大的挑

17、戰(zhàn)。氧化物刻蝕的最大困難在于隨著特征尺寸縮小，在通互連 中用于雙層大馬士革技術(shù)的層間介質(zhì)的新的溝槽刻蝕工藝以及需要刻蝕低K層間介質(zhì) 所帶來(lái)的更嚴(yán)格的工藝規(guī)范。3. 1. 1氧化物刻蝕氧化物通常是為了制作接觸孔和通孔。這些事很關(guān)鍵的應(yīng)用，要求在氧化物 中刻蝕出具有高深寬比的窗口。對(duì)于DRAM應(yīng)用中的圖形，深寬比希望能達(dá)到6:1,對(duì) 下層的硅和硅化物、多晶硅的選擇比要求大約50:1。有一些新的氧化物刻蝕應(yīng)用，如 有新溝槽刻蝕和高深寬比刻蝕要求的雙大馬士革結(jié)構(gòu)，也有低的深寬比通孔刻蝕，如 非關(guān)鍵性的氧化物刻蝕應(yīng)用。3. 1. 1. 1下層材料的選擇比氧化物刻蝕的主要困難之一是獲得對(duì)下層材料（通常是硅

18、、氮化硅或者一層抗反 射圖層）的高的選擇比。獲得對(duì)硅的高選擇比的一種方法是通過(guò)在化學(xué)氣體中加入洋 氣來(lái)控制氧化物和硅之間的選擇比。少量洋氣能改善氧化物刻蝕和硅刻蝕的速率。當(dāng) 氧氣濃度大至大約20%時(shí)，氧化物刻蝕比硅刻蝕要更快，增大了選擇比，減少了對(duì)下層 硅的刻蝕。另一種提高選擇比的方法是在氣體混合物中加入氫氣，減少硅的刻蝕速 率，當(dāng)氫氣濃度達(dá)到大約40%是，硅刻蝕的速率兒乎為零。同時(shí)，氧化物刻蝕速率在氫 氣濃度地獄40%的時(shí)候兒乎不受什么影響。3. 1. 1.2光刻膠選擇比為了防止形成傾斜的側(cè)墻，獲得高的氧化硅/光刻膠選擇比是很車要的。光刻膠用 于定義要刻蝕的圖形。在接觸孔和通孔的刻蝕中，數(shù)白

19、萬(wàn)的孔被同時(shí)刻蝕，每個(gè)孔中 都需要去除精確數(shù)量的表層材料，而孔常常位于不同的深度，一種見(jiàn)效光刻膠選擇比 的因素是在高密度等離子體重活性氟原子的有效生成。自山的氟原子會(huì)刻蝕掉有機(jī)的 光刻膠的選擇比。另外，需要刻蝕抗反射涂層，這延長(zhǎng)了刻蝕時(shí)間，進(jìn)一步減小了光 刻膠的厚度。3. 1. 1. 3側(cè)壁剖面在局部（LI）氧化層介質(zhì)中的接觸窗口尺寸通常與具有高深寬比的最小特征尺寸 相等。對(duì)于這種類型的應(yīng)用，需要高度各項(xiàng)異性的垂直側(cè)壁剖面。一個(gè)重要的因素是 高密度等離子體重高方向性的離子轟擊。3. 1. 2氮化物在硅片制造過(guò)程中用到兩種基本的氮化硅。一種是在700、800攝氏度下用LPCVD 頂級(jí)的，它產(chǎn)生按

20、SUM,組成比的氮化硅膜。另外一種低密度的氮化硅膜是在低于350 攝氏度下用PECVD淀積。由于它的低密度，PECVD生長(zhǎng)的氮化硅膜的刻蝕速率較快?？捎貌煌幕瘜W(xué)氣體來(lái)刻蝕氮化硅，常用的氣體是C并與G和“2混合使用。增 加O,/N,的含量來(lái)西施氟基的濃度并降低對(duì)下層氧化物的刻蝕速率。另外可能用于氮J化硅刻蝕的主要?dú)怏w有SiF。、NF、CH化和C?化。3. 2 硅的干法刻蝕3.2.1多晶硅柵刻蝕硅的等離子體干法刻蝕是硅片制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵工藝技術(shù)，用等離子體刻蝕的兩 個(gè)主要硅層是制作MOS柵結(jié)構(gòu)的多晶硅柵和制作器件隔離或DRAM電容結(jié)構(gòu)中的單晶硅 槽。在MOS器件中，摻雜的LPCVD多晶硅是用做柵

21、極的導(dǎo)電材料。摻雜多晶硅線寬決 定了有源器件的柵長(zhǎng)，并會(huì)影響晶體管的性能?？涛g多晶硅（硅）通常是一個(gè)三步工 藝工程。這使得在不同的刻蝕步驟中能對(duì)各向異性刻蝕和選擇比進(jìn)行優(yōu)化。這三個(gè)步 驟是：（A）、第一步是預(yù)刻蝕，用于去除自然氧化層、硬的掩蔽層和表面污染物來(lái)獲 得均勻的刻蝕。（B）、接下來(lái)的是刻蝕至終點(diǎn)的主刻蝕。這一步用來(lái)刻蝕掉大部分的 多晶硅膜，并不損傷柵氧化層和獲得理想的各向異性的側(cè)壁剖面。（C）、最后一步是 過(guò)刻蝕，用于去除刻蝕殘留物和剩余的多晶硅，并保證對(duì)柵氧化層的高選擇比，這一 步應(yīng)避免在多晶硅周圍的柵氧化層形成微槽。多晶硅柵是難以刻蝕的結(jié)構(gòu)，在刻蝕過(guò)程中需要仔細(xì)且精密。具有Um特征

22、尺寸 器件的柵氧化層厚度是2030A （等6 10個(gè)氧化硅原子層的厚度）。氧化硅厚度的 損傷不得超過(guò)卅（大約個(gè)氧化硅原子層）。為了防止柵氧化層的穿透，刻蝕的選擇比 要大于150:1；為了去除刻蝕殘留物和多余的多晶硅，過(guò)刻的選擇比要大于250:1。3.2.2單晶硅的刻蝕單晶硅刻蝕主要用于制作溝槽，如器件隔離溝槽或高密度。DRAMIC中的垂直電容 的制作。在集成電路中硅槽的刻蝕要求對(duì)每一個(gè)溝槽都進(jìn)行精確地控制。在微米英至 亞微米構(gòu)中，每個(gè)溝槽都要求一致的光潔度、接近垂直的側(cè)壁、正確的深度和圓滑的 溝槽頂角和底角。3.3 金屬的干法刻蝕金屬刻蝕的一個(gè)主要應(yīng)用是作為金屬互聯(lián)線的鋁合金刻蝕。金屬刻蝕的要

23、求主 要有以下兒點(diǎn)：1、I島刻蝕速率（大于lOOOnm/min）。2、對(duì)下面層的高選擇比，對(duì)掩蔽層（大于4:1）和層間介質(zhì)層（大于20:1） o3、高的均勻性，且CD控制很好，沒(méi)有微負(fù)載效應(yīng)（在硅片上的任何位置小 8%） o4、沒(méi)有等離子體誘導(dǎo)充電帶來(lái)的期間損傷。5、殘留污染少（如銅硅殘留物、顯影液侵蝕和表面缺陷）。6、快速去膠，通常是在一個(gè)專用的去膠腔體中進(jìn)行，不會(huì)帶來(lái)殘留物污染。7、不會(huì)腐蝕金屬。3. 3. 1鋁和金屬?gòu)?fù)合層通常用氯基氣體來(lái)刻蝕鋁。為了得到各向異性的刻蝕工藝，必須在刻蝕氣體中加 入聚合物（如CHF3或從光刻膠中獲得的碳）來(lái)對(duì)側(cè)壁進(jìn)行鈍化。典型步驟:1、取出自然氧化層的預(yù)刻蝕

24、。2、刻蝕ARC層（可能與上一步結(jié)合起來(lái)）。3、刻鋁的主刻蝕。4、去除殘留物的過(guò)刻蝕，它可能是主刻蝕的延續(xù)。5、阻擋層的刻蝕。6、為防止侵蝕殘留物的選擇性去除。7、去除光刻膠。3.3.2 餌餌是在多層金屬結(jié)構(gòu)中常用的一種用于通孔填充的重要金屬。可用氟基或氯基氣 體來(lái)刻蝕鵠。常常在氟基的刻蝕氣體中加入“2來(lái)獲得對(duì)光刻膠的好的選擇比：有時(shí)加 入來(lái)減少碳的沉積。氯基氣體（如a?和CC/J能用來(lái)刻蝕鵠并改善各向異性特性 和選擇比。第4章干法刻蝕設(shè)備的構(gòu)成和主要性能指標(biāo)4.1.干法刻蝕設(shè)備的概述刻蝕是用化學(xué)或物理的方法有選擇地從基材表面去除不需要的材料的過(guò)程，其中 干法刻蝕(Dry Etching)具有

25、很好的各向異性刻蝕和線寬控制，在微電子技術(shù)中得到 廣泛的應(yīng)用。在TFT-LCD制造過(guò)程中，Island, Channel和Contact的刻蝕一般使用的 是干法刻蝕中 RIE 模式(Reactive Ion Etching Mode),圖 4-1.是 TEL (Tokyo Electron Limited)生產(chǎn)的干刻機(jī)的簡(jiǎn)單示意圖。其設(shè)備的主體是工藝腔室(Process Chamber),其他的輔助設(shè)備有產(chǎn)生工藝必需的真空之真空泵(Pump),調(diào)節(jié)極板和腔 體的溫度之調(diào)節(jié)器(Chiller),判斷刻蝕終點(diǎn)之終點(diǎn)檢測(cè)器(EPD, End-point Detector),處理排出廢氣的尾氣處理裝置

26、(Scrubber),以及搬運(yùn)玻璃基板的搬送 裝置(比如馬達(dá)，機(jī)械手)。下面的內(nèi)容將對(duì)其中工藝腔室、真空泵、溫度調(diào)節(jié)器和 終點(diǎn)檢測(cè)器進(jìn)行介紹，以期對(duì)干法刻蝕設(shè)備的構(gòu)成和主要性能指標(biāo)有一個(gè)基本的了 解。CHILLER P/C-! CHILL匚RyPUMPP/C-2 UN I TF/C PUMPFMP CDNT BDXPUMPT/C CTP/C-2PUMPp/c-aT/CP/C-4 CHILLERP/C-3 CHILLERP/C-4 PUMPP/C-4S/R-lS/R-SS/R-3CNTR RACK A/AL/LAC DIST BDXP/C-3 POWER RACKTMF PUMP CONT BO

27、XL/L T/匚 COMT BOXSAFETY BOOTH圖4-1 TEL干刻機(jī)臺(tái)的概貌Glass PanelP/Ci Plasma Etching En d-oint CheclEPD圖4-2玻璃基板在干刻機(jī)臺(tái)中的基本流程4.2.干法刻蝕工藝流程圖4*3工藝腔（Process Chamber）的示意圖玻璃基板的基本流程（圖4-2）:玻璃基板（Glass Panel）先存放在S/R中，通 過(guò)機(jī)械手經(jīng)山A/A傳送到L/L,然后到T/C,接著基板被分配到各個(gè)P/C中去進(jìn)行等離 子體刻蝕處理。在刻蝕過(guò)程中111 EPD裝置確定刻蝕的終點(diǎn)，如果達(dá)到刻蝕終點(diǎn)，則停 止刻蝕，基板經(jīng)由原來(lái)的路徑傳送到設(shè)備外

28、進(jìn)行下一段工序。4. 3.設(shè)備的主要的組成部分玻璃基板在干刻工序的整個(gè)流程中，處于工藝腔（P/C）才是真正進(jìn)行刻蝕，其他 的動(dòng)作只是基板從設(shè)備外大氣狀態(tài)下傳送到工藝腔（真空狀態(tài)）以及刻蝕前后進(jìn)行的 一些輔助程序。所以整個(gè)干法刻蝕設(shè)備的核心部分是工藝腔?；逯糜诠に嚽缓螅?蝕氣體由MFC控制供給到工藝腔內(nèi)，利用RF發(fā)生器產(chǎn)生等離子體，等離子體中的陽(yáng)離 子和自山基對(duì)需要刻蝕的薄膜進(jìn)行物理和化學(xué)的反應(yīng)，膜的表面被刻蝕，得到所需的 圖形，揮發(fā)性的生成物通過(guò)管道山真空系統(tǒng)抽走。整個(gè)刻蝕過(guò)程就是這樣的（圖4- 3）。通過(guò)控制壓力，RF功率，氣體流量，溫度等條件使得等離子體刻蝕能順利進(jìn)行。MFC: Mas

29、s Flow Controller,質(zhì)量流量控制器；CM: Capacitance Manometer,電容 式壓力計(jì)；APC： Adaptive Pressure Controller,壓力調(diào)節(jié)器；TMP： Turbo Molecular Pump,渦輪分子泵4.4.干法刻蝕設(shè)備的主要性能指標(biāo)干法刻蝕設(shè)備的功能是在薄膜上準(zhǔn)確復(fù)制特征圖形，從生產(chǎn)產(chǎn)品的角度講可以歸 于兩方面：產(chǎn)量和良率。具體到設(shè)備上就對(duì)其性能指標(biāo)提出一些要求。簡(jiǎn)單的講，產(chǎn) 量，對(duì)應(yīng)的是干法刻蝕設(shè)備的刻蝕速率和機(jī)臺(tái)的稼動(dòng)力；良率，對(duì)應(yīng)的是干法刻蝕的 刻蝕均勻性、刻蝕選擇性、損傷和污染。這里只對(duì)干法刻蝕設(shè)備這些性能指標(biāo)作一個(gè) 籠統(tǒng)

30、的介紹。蝕刻材料刻蝕速率aSi2000/Vminn aSi1000A/minSiNx3000A/min表4-1刻蝕速率和稼動(dòng)力上表給出的是干法刻蝕工藝中需刻蝕的材料及其刻蝕速率。但這只是單純的指膜 材料刻蝕的速率，并且這個(gè)數(shù)值可以通過(guò)修改工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)際上，刻蝕前的 準(zhǔn)備（上下物料，抽真空等等）和刻蝕后的處理都要占用時(shí)間而影響產(chǎn)量。所以在工 藝過(guò)程中，真空設(shè)備的抽氣時(shí)間、吹掃時(shí)間，物料的傳送等等動(dòng)作都是需要考量的。 另，TEL機(jī)臺(tái)的刻蝕稼動(dòng)力為85%?？涛g均勻性面積保證值單片 10%片對(duì)片 5%腔對(duì)腔 4SiNx/Mo 10 lMm 3 Mm 50表4-2良率相關(guān)的參數(shù)上面三個(gè)表給出了干法刻蝕機(jī)臺(tái)的刻蝕均勻性、選擇性和污染的性能指標(biāo)?？涛g 均勻性的訃算是在基板上選取13個(gè)點(diǎn)，測(cè)量數(shù)值，然后由(max-min) / (max+min) 初00這個(gè)公式得到。在工藝中，等離子體的刻蝕輻射損傷對(duì)器件的影響不