干法和濕法腐蝕講稿ppt課件

1、干法腐蝕和濕法腐蝕無錫華潤晶芯半導體.目錄引見術語 濕法和干法腐蝕 等離子體根底詳細的腐蝕工藝引見 .腐蝕的定義腐蝕工藝就是從外表除去資料 化學，物理，結(jié)合三種作用選擇性的或整體腐蝕 選擇性腐蝕將IC設計的圖象經(jīng)過光刻膠轉(zhuǎn)移到硅片外表層上去 .柵掩膜的對準 .柵掩膜的曝光 .顯影、后烘、檢查.腐蝕多晶.腐蝕多晶續(xù).去膠.工藝流程.腐蝕的術語 腐蝕速率 選擇比 腐蝕均勻性 腐蝕剖面 濕法腐蝕 干法腐蝕 反響離子腐蝕RIE終點.腐蝕速率 腐蝕速率用這種資料從硅片外表被腐蝕有多快來衡量.腐蝕速率 .腐蝕均勻性 腐蝕均勻性用片內(nèi)和片間的工藝可反復性來衡量 厚度丈量測的是不同點的腐蝕之前和腐蝕之后越多的

2、丈量電,越高的準確性 通常運用的是規(guī)范偏向定義不同的定義給出不同的結(jié)果.規(guī)范偏向的非均勻性 N 個點的丈量 .最大-最小的均勻性 腐蝕的不均勻性可以經(jīng)過下面的等式叫做最大最小均勻性來計算.選擇比 選擇比是不同資料的腐蝕速率之比在圖形腐蝕方面很重要選擇比是對下層薄膜和對光刻膠.選擇比.選擇比.Etch Profiles .Etch Profiles .負載效應: macro loading硅片上較大的曝露區(qū)域和較小的曝露區(qū)域的腐蝕速率是不同的主要影響批腐蝕的工藝在單片工藝上有較小的影響.負載效應: micro loading較小的孔腐蝕速率相對于較大的孔的腐蝕速率來說比較低腐蝕物質(zhì)比較難經(jīng)過較小

3、的孔腐蝕的副產(chǎn)物更難分散出來較低的氣體壓力能使這個效應最小化越大的平均自在程，對腐蝕物質(zhì)要到達薄膜外表以及腐蝕的副產(chǎn)物要出來就越容易.Micro loading.Profile Micro Loading .過腐蝕薄膜的厚度和腐蝕速率都是不同的過腐蝕：除去這些殘留的薄膜 要被腐蝕的薄膜和下層的選擇比RIE反響離子腐蝕運用光學的終點來到達從主腐蝕到過腐蝕的轉(zhuǎn)換.開場腐蝕工藝 .主腐蝕的終點 .過腐蝕之后 .殘留物 不希望的殘留物緣由 過腐蝕不夠充分 腐蝕副產(chǎn)物不揮發(fā).過腐蝕不充分 .外表上不揮發(fā)的副產(chǎn)物.殘留物適當?shù)倪^腐蝕不揮發(fā)的殘留物的去除 足夠的離子轟擊來去除 適當?shù)幕瘜W腐蝕來除去氧氣等離子

4、體去膠: 有機殘留物濕法化學清洗: 無機殘留物 .濕法腐蝕.濕法腐蝕 化學的處理方法來溶解硅片外表上的物質(zhì)副產(chǎn)物是氣體，液體或可溶在腐蝕溶液中的物質(zhì)三個根本步驟：腐蝕，漂洗，甩干.根本的濕法腐蝕步驟 腐蝕甩干.濕法腐蝕純粹的化學過程，各向同性的剖面廣泛運用在特征尺寸大于3um的IC產(chǎn)業(yè)中仍就運用在先進的IC廠里 硅片清洗 整個薄膜的剝離 .濕法腐蝕的剖面不能運用在特征尺寸小于3um的工藝上被等離子體腐蝕所替代.濕法腐蝕的運用濕法腐蝕不能運用在CD 3, 腐蝕占主導位置 F/C 2, 聚合占主導位置 當腐蝕二氧化硅,氧氣的副產(chǎn)物能同C反響來釋放更多的氟 當腐蝕硅或硅化物時,沒有氧氣釋放,氟被耗費

5、, F/C比降低到小于2，開場聚合物的淀積聚合物妨礙更進一步的腐蝕BPSG-to-TiSi2的高選擇比 .電介質(zhì)腐蝕.F/C比, DC Bias and Polymerization .通孔腐蝕腐蝕USG 為了金屬和金屬間的互連而開通孔需求對金屬和光刻膠的高選擇比氟化學.腐蝕通孔氟作為主要腐蝕劑CF4, CHF3和Ar都在腐蝕中運用. O2或H2也能運用 對金屬的高選擇比 防止金屬濺射 .電介質(zhì)腐蝕的概要 .單晶硅腐蝕光刻膠可以引起襯底污染氯/溴化學 Cl2/HBr作為主腐蝕劑 .單晶硅腐蝕化學少量的O2來對側(cè)壁鈍化少的NF3來阻止black silicon 定時腐蝕 .金屬腐蝕腐蝕AlCu金

6、屬疊層來構成金屬互連 通常運用 Cl2 + BCl3不論用物理的還是化學的方法，需求腐掉Cu 在硅片曝露到大氣中的濕氣前需求去膠.腐蝕金屬為了金屬互連 Cl2 作為主腐蝕劑 BCl3, N2用來側(cè)壁鈍化O2用來調(diào)高對二氧化硅的選擇比主要問題:腐蝕剖面和防止腐蝕殘留 金屬晶粒尺寸能影響腐蝕工藝 .金屬腐蝕化學 .干法去膠Remote plasma source 沒有離子轟擊的自在基團 高氣壓,微波等離子體 防止金屬侵蝕對金屬腐蝕后殘留在PR中的氯去除是很重要的提高產(chǎn)能和廢品率.干法去膠 O2, H2O chemistry .干法去膠工藝.總結(jié)腐蝕就是將光刻膠的圖形轉(zhuǎn)移到硅片外表資料上的過程.。腐

7、蝕分為濕法腐蝕和干法腐蝕。干法腐蝕被廣泛用自圖形腐蝕工藝中。.SIN 腐蝕 腐蝕設備是LAM490，低壓力，終點控制，腐蝕氣體主要是SF6，SIN對OXIDE 的選擇比在3左右。SIN腐蝕需求特別留意是就是1.保證SIN 腐蝕干凈2.留有一定的SIO2，不能腐蝕到SI襯底上。3.由于SIN及PAD OXIDE 的厚度都較薄，所以對腐蝕均勻性的要求也很高。在線監(jiān)測腐蝕后的殘氧。 .孔腐蝕 STEP1：ISO ETCH 各向同性腐蝕 STEP2：ANISO ETCH 各向異性腐蝕 .孔腐蝕需求留意的是1.要保證有一定的過腐蝕量即孔要腐蝕干凈，否那么孔的接觸電阻會很大，其他一些參數(shù)會測不出來。2.過

8、腐蝕量又不能太大；所以必需求有OXIDE 對SI/POLY-SI的選擇比很高普通大于10來做保證。 .平坦化工藝 當器件集成度提高，器件尺寸越來越小，需求用到雙層多層布線的時候，平坦化的工藝也隨之引入消費。隨著器件的構成，在圓片上的膜層見多FOX，POLY1，POLY2，D1，M1 等，圓片外表的平整度變差，這是對光刻機構成了挑戰(zhàn)；平坦化的目的就是要減小減小臺階差別，給光刻提供有利條件。 .VIA 腐蝕 VIA 是使M1/M2 銜接起來的通道。同樣要是M1/M2 銜接的好，需求有良好的VIA 形貌來保證M2 的臺階覆蓋。VIA腐蝕要留意1.VIA 要腐蝕干凈 2.最終的介質(zhì)厚度要控制住，不能太

9、薄呵斥M1，M2間漏電，也不能太厚M2臺階覆蓋不良。 .VIA 腐蝕.鈍化腐蝕 鈍化的目的是給器件以外表維護作用。普通鈍化層采用PEOXIDE/PESIN 雙層介質(zhì)。 .POLY ETCH 主要設備有LAM9406、LAM490。 主要腐蝕氣體為CL2，HBR，HCL等。 POLY ETCH PROCESS： STEP1-BREAKTHROUGH STEPOPTIONAL STEP2-MAIN ETCH STEPOPTICAL EMISSION ENDPOINT STEP3-OVER ETCH STEP .POLY ETCHCF4 主要用于STEP1 ，以去除POLY 外表的一層自然氧化層，有

10、時在POLY 光刻之前如有一步HF DIP，STEP1 可以不做。 CL2 是主要腐蝕氣體；HBr可以構成POLYMER 維護側(cè)壁，提高對PR 的選擇比；參與He-O2 可以提高對OXIDE 的選擇比。 在線監(jiān)測腐蝕后的殘氧，但由于POLY腐蝕以后普通氧化層外表都有一些POLYMER 附著，所以腐蝕后測的殘氧值通常并不是真實的，經(jīng)100：1HF DIP 10SEC之后丈量的值才是真實的殘氧值。 .METAL ETCH 主要設備有AME8330，TCP9600 主要腐蝕氣體：CL2/BCL3/CF4/N2 1AME8330：為多片式刻蝕系統(tǒng)，陽極為鐘罩，陰極為六面體電極，共有18個硅片基座，LO

11、ADLOCK 可儲存硅片，自動裝片系統(tǒng)。終點控制方式?？涛g和去膠在同一腔體，可以有效的消除AL 的后腐蝕。 2TCP9600：2001年新進擴產(chǎn)設備，同樣為單片式刻蝕系統(tǒng)，與上述兩臺設備的區(qū)別之處在于Plasma的構成方式不同，并且該設備有一個自帶的流水腔 METAL腐蝕后一定要留意去膠及時，否那么，如前所述，會有AL的后腐蝕發(fā)生。 . RESIDUE CLEAN 主要用于去除在腐蝕時產(chǎn)生的付產(chǎn)品的清洗,如AL腐蝕后用ACT-CMI，EKC265等進展清洗,在鈍化后進展清洗等. 清洗前后的SEM圖片對比方下： .濕法腐蝕工藝濕法腐蝕工藝由于其低本錢,高產(chǎn)出,高可靠性以及其優(yōu)良的選擇比是其優(yōu)點而

12、仍被廣泛接受和運用。根本上是各向同性,因此他們腐蝕后的尺寸要比定義的尺寸小,須在版上加一定量的BIAS.因此主要適用于大尺寸條寬的器件消費.同時現(xiàn)有的濕法腐蝕設備正朝著以下方向開展：1自動化，2在微處置器控制下提高在腐蝕形狀下的反復性，以協(xié)助工藝工程師提供更良好的控制，阻止人為要素的影響。3點控制過濾控制，以減小腐蝕過程中缺陷的產(chǎn)生，4自動噴淋設備的開發(fā)。 .濕法腐蝕 主要缺陷有: A: 腐蝕液及DI WATER的本錢比干法腐蝕用氣體本錢高; B: 在處置化學藥液時給人帶來平安問題; C: 光刻膠的黏附性問題 D: 有氣體產(chǎn)生以及不徹底的腐蝕及均勻性差等問題 E: 排風問題 .濕法腐蝕機理 濕

13、法腐蝕的產(chǎn)生普通可分為3步: 1: 反響物(指化學藥劑)分散到反響外表 2: 實踐反響(化學反響) 3:反響生成物經(jīng)過分散脫離反響外表 .影響濕法腐蝕的要素 濕法腐蝕質(zhì)量的好壞，取決于多種要素，主要的影響要素有： 1: 掩膜資料(主要指光刻膠)： 顯影不清和曝光強度不夠，會使顯影時留有殘膠，通常會使腐蝕不凈。 2:須腐蝕膜的類型(指如SIO2,POLY , SILICON等) 3:腐蝕速率：腐蝕速率的變化會使腐蝕效果發(fā)生改動，經(jīng)常會導致腐蝕不凈或嚴重過腐蝕，從而呵斥異常，影響腐蝕速率的要素可見下面的影響要素。 4:浸潤與否：由于在濕法腐蝕時由于腐蝕液與膜間存在外表張力，從而使腐蝕液難于到達或進

14、入被腐蝕外表和孔，難于實現(xiàn)腐蝕的目的。大多數(shù)情況下，為減小外表張力的影響，會在腐蝕槽中參與一定量的浸潤。 .影響E/R的要素: 1: 腐蝕槽的溫度 2: 膜的類型(如SIO2,POLY , SILICON等) 3: 晶向 4: 膜的構成(是熱生長構成或摻雜構成) 5: 膜的密度(THERMAL OR LTO) 6: 腐蝕時的作業(yè)方式(噴淋,浸沒或是旋轉(zhuǎn)) 7: 藥液成分的變化 8: 腐蝕時有無攪動或?qū)α鞯?.一切上述要素均是查找異常緣由的要素,同時膜的摻雜類型及含量也影響E/R,由于外加的摻雜劑改動了膜的密度,例如摻P的氧化層比熱氧化層E/R快得多,而摻B的氧化層要慢得多.以下圖顯示了摻P的C

15、VD SIO2與熱氧化OXIDE 在BOE中的不同的腐蝕速率對比。 .SIO2腐蝕: 濕法腐蝕SIO2在微電子技術運用中通常是用HF來實現(xiàn),其反響方程式為: SIO2+6HF-H2 +SIF6+2H2O 普通HF濃度為49%，此反響對于控制來說太快,因此常采用緩沖HF來替代(BOE或BHF),參與NH4F,可以減少F-的分解,從而使反響更穩(wěn)定,而且非緩沖HF對膠和接口產(chǎn)生不良影響. 有資料闡明，BHF中NH4F的濃度過大而會嚴重影響其E/R 的均勻性及E/R線性。同時研討闡明，在低溫下生成固態(tài)的NH4HF2，這些固態(tài)物質(zhì)能產(chǎn)生顆粒并導致藥液組分的變化，當NH4F含量分量比為15%時，能有效的處

16、理此問題。在腐蝕SIO2時，為了順應不同的工藝要求如去除SIO2的膜厚，為更好的控制E/R，可以選擇不同的HF濃度配比及工藝條件進展腐蝕。 .SI 腐蝕 不論單晶硅和多晶硅，都能被HNO3和HF的混和液腐蝕掉，反響最初是由HNO3在外表構成一層SIO2,然后被HF溶解掉,其反響方程式為: SI + HNO3 + 6HF-H2SIO6 + HNO2 + H2 + H2O 常把CH3COOH作為緩沖溶劑,因可以減少HNO3的分解以提高HNO3的濃度. .SIN腐蝕 SIN可被沸騰(160C左右)的85%的H3PO4溶液所腐蝕,然而膠常被去掉,因此有時采用SIO2作為掩蔽層來對SIN進展腐蝕,SIO

17、2圖形有光刻膠構成,然后去膠,接下來進展H3PO4對SIN 腐蝕. 我們普通是在場氧化后進展SIN的全剝,由于是在高溫下進展了氧化,因此在SIN外表有一層SINO層, 此層不溶于H3PO4而溶于HF,因此在進H3PO4槽時必需先進HF槽以去除SINO膜,然后進展SIN的全剝. .AL 腐蝕 濕法AL 及AL 合金腐蝕常在加熱的H3PO4+HNO3+ CH3COOH及水的混合液中進展,溫度大約是35C45C,典型的組分為: 80%H3PO4 +5%HNO3+5%CH3COOH+10% H2O,其E/R常遭到諸多要素的影響,如溫度,藥液組分,AL膜的純度以及合金組分等. 反響式如下: HNO3 +

18、 AL + H3PO4 AL2O3+H2O+ H2 在反響時會產(chǎn)生H2,當H2附在AL 外表時會妨礙反響,因此在腐蝕時參與鼓泡以減小此問題,由于H2及其它問題,如濺射時的沾污及自然氧化層的影響,普通在腐蝕時假設1050%的過腐蝕量以確保能完全腐蝕干凈.濕法AL 腐蝕也常單用80%的H3PO4進展腐蝕. .濕法腐蝕本卷須知 由于濕法腐蝕的特性，在對不同的資料進展腐蝕時必需選擇相應的腐蝕藥液和工藝條件，在開發(fā)濕法腐蝕和清洗菜單時必需留意此藥液對硅片上其它膜層和資料的影響，同時必需思索濕法腐蝕特性所帶來的一些其它問題。 1:AL 及AL以后的片子的去膠不能進SH槽; 2:濕法氧化物腐蝕前必需進展充分

19、的浸潤; 3:須做先行的片子根據(jù)先行結(jié)果適當調(diào)整腐蝕時間； 4:對濕法氧化物腐蝕檢查,原那么上檢查膜厚最厚且小圖形處和大塊 被腐蝕區(qū)域應保證干凈; 5:對濕法AL腐蝕檢查,主要檢查小圖形及橫跨臺階的AL條能否有 殘AL 及AL 條缺口嚴重和斷AL 景象; 6: 一切腐蝕時間加參考的均僅供參考, E/R及膜厚正常的情況下,可 按參考時間作業(yè),在E/R和膜厚變化較大時,可適當調(diào)整腐蝕時間; .濕法去膠 1: 有機去膠 有機去膠是經(jīng)過拆散膠層構造而到達去膠的目的.但其限制性較大,象常用的藥液有DMF,ACT,EKC等. 2: 非有機去膠 目前常用的是H2SO4與H2O2加熱到120-140C左右,其

20、強氧化性使膠中的C氧化成CO2,并消費H2O.值得一提的是,此類去膠常用在無金屬層上,也就是說在AL及AL 以后層次的去膠不能用此類去膠,此類去膠也常用在干法去膠后加一步濕法去膠(主要是大劑量注入和較差的干法去膠后. 3: 去膠未凈后的處置方法: 如檢查去膠未凈,常用的方法是繼續(xù)去膠或用以下兩中方法去膠 A: 運用稀HF進展漂洗,然后流水甩干; .常見工藝要求和異常干法腐蝕 .SIN 剩余 緣由分析：設備腐蝕才干缺乏，片內(nèi)均勻性差。 處置方法：優(yōu)化工藝，或換成工藝才干大的設備進展腐蝕。.AL 的后腐蝕 緣由分析：AL 腐蝕后去膠時間間隔太長，呵斥空氣中的水氣與光刻膠中殘留的CL離子反響生成HCL，繼續(xù)腐蝕AL。 處置方法：AL腐蝕后及時去膠，檢查AL 腐蝕設備的壓力及氣體組分對反響腔的影響。 .過腐蝕 例：AL 過腐蝕呵斥AL 條細，斷條等。 緣由分析：1.錯誤找到終點，致腐蝕時間過長。 2錯誤選擇腐蝕程序。