干法刻蝕技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1、 . . 20/20干法刻蝕技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展摘要在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，干法刻蝕是最主要的用來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)過二十多年的發(fā)展，經(jīng)歷了多樣化的發(fā)展過程，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刻蝕，詳細(xì)描述了干法刻蝕的物理方法和化學(xué)方法以與基本原理，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)用和未來的發(fā)展。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體制造，刻蝕，干法刻蝕，金屬刻蝕目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc374857776摘

2、要 PAGEREF _Toc374857776 h 2HYPERLINK l _Toc374857777目錄 PAGEREF _Toc374857777 h 3HYPERLINK l _Toc374857778第1章緒論 PAGEREF _Toc374857778 h 4HYPERLINK l _Toc374857779第2章干法刻蝕的機(jī)制和原理 PAGEREF _Toc374857779 h 6HYPERLINK l _Toc3748577802.1刻蝕工藝 PAGEREF _Toc374857780 h 6HYPERLINK l _Toc3748577812.2刻蝕作用 PAGEREF _

3、Toc374857781 h 6HYPERLINK l _Toc3748577822.2.1物理刻蝕 PAGEREF _Toc374857782 h 7HYPERLINK l _Toc3748577832.1.2化學(xué)刻蝕 PAGEREF _Toc374857783 h 8HYPERLINK l _Toc374857784第3章干法刻蝕的應(yīng)用 PAGEREF _Toc374857784 h 10HYPERLINK l _Toc3748577853.1介質(zhì)的干法刻蝕 PAGEREF _Toc374857785 h 10HYPERLINK l _Toc3748577873.1.1氧化物 PAGERE

4、F _Toc374857787 h 11HYPERLINK l _Toc3748577883.1.2氮化物 PAGEREF _Toc374857788 h 12HYPERLINK l _Toc3748577893.2硅的干法刻蝕 PAGEREF _Toc374857789 h 12HYPERLINK l _Toc3748577903.2.1多晶硅柵刻蝕 PAGEREF _Toc374857790 h 12HYPERLINK l _Toc3748577913.2.2單晶硅的刻蝕 PAGEREF _Toc374857791 h 13HYPERLINK l _Toc3748577923.3金屬的干法

5、刻蝕 PAGEREF _Toc374857792 h 13HYPERLINK l _Toc3748577933.3.1鋁和金屬復(fù)合層 PAGEREF _Toc374857793 h 13HYPERLINK l _Toc3748577943.3.2鎢 PAGEREF _Toc374857794 h 14HYPERLINK l _Toc374857795第4章干法刻蝕設(shè)備的構(gòu)成和主要性能指標(biāo) PAGEREF _Toc374857795 h 15HYPERLINK l _Toc3748577964.1.干法刻蝕設(shè)備的概述 PAGEREF _Toc374857796 h 15HYPERLINK l _

6、Toc3748577974.2.干法刻蝕工藝流程 PAGEREF _Toc374857797 h 16HYPERLINK l _Toc3748577984.3.設(shè)備的主要的組成部分 PAGEREF _Toc374857798 h 16HYPERLINK l _Toc3748577994.4.干法刻蝕設(shè)備的主要性能指標(biāo) PAGEREF _Toc374857799 h 17HYPERLINK l _Toc374857800總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc374857800 h 19HYPERLINK l _Toc374857801參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc374857801 h 20H

7、YPERLINK l _Toc374857802致 PAGEREF _Toc374857802 h 21緒論在微電子學(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)，慣用的濕法腐蝕由于毛細(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。雖然人們早已認(rèn)識(shí)到原子核游離基具有遠(yuǎn)強(qiáng)于分子的化學(xué)活性，但一直沒有應(yīng)用到對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

8、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。反過來說，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)整面均勻移除與圖案選擇性部分去除，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與下層材質(zhì)良好的刻蝕選擇比（selectivity）。然而，由

9、于化學(xué)反應(yīng)沒有方向性，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。圖1-1 底切現(xiàn)象自1970年以來，元件制造首先開始采用電漿刻蝕技術(shù)（也叫等離子體刻蝕技術(shù)），人們對于電漿化學(xué)性的了解與認(rèn)識(shí)也就越來越深。在現(xiàn)今的半導(dǎo)體集成電路或LCD制造過程中，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)體制造以與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 di

10、scharge）方式，產(chǎn)生包含離子、電子等帶電粒子以與具有高度化學(xué)活性的中性原子、分子與自由基的電漿，來進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)?。╬attern 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，以與無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)過二十多年的發(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

11、體通過光刻膠中開除的殘空，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情況下（大于3微米）。濕法腐蝕仍然用來腐蝕硅片上的某些層或用來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合，如刻蝕多晶硅晶體管柵和硅槽電容。金

12、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圖形刻蝕。有圖形的刻蝕采用掩蔽層（有圖形的光刻膠）來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程中刻掉，有圖形刻蝕可用來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。無圖形刻蝕、反過來或剝離是在整個(gè)硅片沒有掩膜的情況下進(jìn)行的，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效形貌特征）。光刻膠是另一個(gè)剝離的例子?？偟膩碚f。有圖形刻蝕和無圖形刻蝕工藝能

13、夠采用干法刻蝕或濕法腐蝕技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。刻蝕作用干法刻蝕系統(tǒng)中，刻蝕作用是通過化學(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（自由基和反應(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?。?，進(jìn)入腔體的氣體（一般含氯或氟）都經(jīng)過了慎重選擇。等離子體化學(xué)刻蝕由于它是各向同性的，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)電場下朝硅片表面加速，這些離子通過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，如氬。這種機(jī)械刻蝕的好處在于

14、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)到好的線寬控制目的。這種濺射刻蝕速率高，然而選擇比差。另外一個(gè)問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剖面可以通過調(diào)節(jié)等離子體條件和氣體組分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電場相對于硅片表面的方向。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)電場是垂直于硅片表面

15、，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)。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 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。此過程乃完全利用物理上能量的轉(zhuǎn)移，故謂之物理性蝕刻。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目的，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：

16、圖2-1物理濺射（sputter）機(jī)理各相異性刻蝕。低刻蝕選擇比。并且因轟擊效應(yīng)使得被刻蝕膜層表面產(chǎn)生損傷。反應(yīng)副產(chǎn)物多為非揮發(fā)性，容易累積于腔體部?；瘜W(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)物與產(chǎn)物的狀態(tài)由液態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)，并利用電漿來促進(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)

17、與缺點(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)體以與LCD制程中，純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻應(yīng)用的情況通常為不需做圖形轉(zhuǎn)換的步驟，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)制的理想乾蝕刻過程可分為以下幾個(gè)步驟：（1）刻蝕氣體進(jìn)入腔體，在電場作用下產(chǎn)生電漿形態(tài)之蝕刻物種，如離子與自由基(Radicals)；（2）蝕刻物種藉由擴(kuò)散、碰撞或場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）

18、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程中需要多種類型的干法刻蝕工藝，這些應(yīng)用涉與在生產(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與新材料砸硅片制造過程的應(yīng)用對這三類的刻蝕提出了挑戰(zhàn)。優(yōu)化刻蝕條件是產(chǎn)品開發(fā)人員要解決的關(guān)鍵問題。一般來說，一個(gè)成功的干法刻蝕要求：1、對不需要刻蝕的材料（主要是光刻膠

19、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)壁剖面控制、4、好的片均勻性。5、低的期間損傷。6、寬的工藝制造窗口。對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)通過工藝優(yōu)化來確定。其中一些參數(shù)在表（3-1），在許多情況下，優(yōu)化是通過工藝設(shè)備的計(jì)算機(jī)模擬來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)橛霉杵M(jìn)行實(shí)際的樣機(jī)測試需要很高的成本。表3-1 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

20、留物其他相關(guān)因素凈化間規(guī)、操作過程、維護(hù)過程、預(yù)防維護(hù)計(jì)劃介質(zhì)的干法刻蝕對于200mm硅片，介質(zhì)的干法刻蝕是最復(fù)雜的刻蝕過程；而對于300mm硅片，介質(zhì)刻蝕將遇到最大的挑戰(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與需要刻蝕低K層間介質(zhì)所帶來的更嚴(yán)格的工藝規(guī)。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。對于DRAM應(yīng)用中的0.18um圖形，深寬比希望能達(dá)到6:1，對下層的硅和硅化物、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

21、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。下層材料的選擇比氧化物刻蝕的主要困難之一是獲得對下層材料（通常是硅、氮化硅或者一層抗反射圖層）的高的選擇比。獲得對硅的高選擇比的一種方法是通過在化學(xué)氣體中加入洋氣來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，硅刻蝕的速率幾乎為零。同時(shí)，氧化物刻蝕速率在氫氣濃度地獄40%的時(shí)候幾乎不受什么影響。光刻膠選擇比 為了防止形成傾斜

22、的側(cè)墻，獲得高的氧化硅/光刻膠選擇比是很重要的。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)百萬的孔被同時(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。自由的氟原子會(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，這延長了刻蝕時(shí)間，進(jìn)一步減小了光刻膠的厚度。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。氮化物在硅片制造過程中用到兩種基本的氮化硅。一

23、種是在700800攝氏度下用LPCVD頂級(jí)的，它產(chǎn)生按組成比的氮化硅膜。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生長的氮化硅膜的刻蝕速率較快?？捎貌煌幕瘜W(xué)氣體來刻蝕氮化硅，常用的氣體是并與和混合使用。增加/的含量來西施氟基的濃度并降低對下層氧化物的刻蝕速率。另外可能用于氮化硅刻蝕的主要?dú)怏w有、和。硅的干法刻蝕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多晶硅是用做柵極的導(dǎo)電材料。摻雜多晶硅線

24、寬決定了有源器件的柵長，并會(huì)影響晶體管的性能。刻蝕多晶硅（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獲得均勻的刻蝕。（B）、接下來的是刻蝕至終點(diǎn)的主刻蝕。這一步用來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）、最后一步是過刻蝕，用于去除刻蝕殘留物和剩余的多晶硅，并保證對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)，在刻蝕過程中需要仔細(xì)且精密。具有0.15m特征尺寸器件的柵氧化層厚度是2030（

25、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5（大約1.5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，過刻的選擇比要大于250:1。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每一個(gè)溝槽都進(jìn)行精確地控制。在微米甚至亞微米構(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。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。金屬刻蝕的要求主要有以下幾點(diǎn)：1、高刻蝕速率（大于1000nm/min）。

26、2、對下面層的高選擇比，對掩蔽層（大于4:1）和層間介質(zhì)層（大于20:1）。3、高的均勻性，且CD控制很好，沒有微負(fù)載效應(yīng)（在硅片上的任何位置小8%）。4、沒有等離子體誘導(dǎo)充電帶來的期間損傷。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)帶來殘留物污染。7、不會(huì)腐蝕金屬。鋁和金屬復(fù)合層通常用氯基氣體來刻蝕鋁。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）來對側(cè)壁進(jìn)行鈍化。典型步驟：1、取出自然氧化層的預(yù)刻蝕。2、刻蝕ARC層（可能與上一步結(jié)合起來）。3、刻鋁的主刻蝕。4、去除殘留物的過刻蝕，它

27、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。鎢鎢是在多層金屬結(jié)構(gòu)中常用的一種用于通孔填充的重要金屬?？捎梅蚵然鶜怏w來刻蝕鎢。常常在氟基的刻蝕氣體中加入來獲得對光刻膠的好的選擇比；有時(shí)加入來減少碳的沉積。氯基氣體（如和）能用來刻蝕鎢并改善各向異性特性和選擇比。干法刻蝕設(shè)備的構(gòu)成和主要性能指標(biāo)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程，其中干法刻蝕（Dry Etching）具有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制造過程中，Island，Channel和Contact的刻

28、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)檢測器（EPD, End-point Detector），處理排出廢氣的尾氣處理裝置（Scrubber），以與搬運(yùn)玻璃基板的搬送裝置（比如馬達(dá)，機(jī)械手）。下面的容將對其中工藝腔室、真空泵、溫度調(diào)節(jié)器和終點(diǎn)檢測器進(jìn)行介紹，以期對干法刻蝕設(shè)備的

29、構(gòu)成和主要性能指標(biāo)有一個(gè)基本的了解。圖4-1 TEL干刻機(jī)臺(tái)的概貌圖4-2 玻璃基板在干刻機(jī)臺(tái)中的基本流程干法刻蝕工藝流程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，通過機(jī)械手經(jīng)由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。在刻蝕過程中由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)由原來的路徑傳送到設(shè)備外進(jìn)行下一段工序。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)）以與刻蝕前后進(jìn)行的一些輔助程

30、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?，刻蝕氣體由MFC控制供給到工藝腔，利用RF發(fā)生器產(chǎn)生等離子體，等離子體中的陽離子和自由基對需要刻蝕的薄膜進(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)性的生成物通過管道由真空系統(tǒng)抽走。整個(gè)刻蝕過程就是這樣的（圖4-3）。通過控制壓力，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。圖4-3 工藝腔（Process Chamber）的示意圖MFC: Mass Flow Controller, 質(zhì)量流量控制器；CM: Capacitance Manometer, 電容式壓力計(jì)；APC: Adaptive Press

31、ure Controller, 壓力調(diào)節(jié)器；TMP: Turbo Molecular Pump, 渦輪分子泵干法刻蝕設(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)備上就對其性能指標(biāo)提出一些要求。簡單的講，產(chǎn)量，對應(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。這里只對干法刻蝕設(shè)備這些性能指標(biāo)作一個(gè)籠統(tǒng)的介紹。蝕刻材料刻蝕速率a-Si2000/minn+ a-Si1000/minSiNx3000/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與其刻蝕速率。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%。刻蝕均勻性面積保證值 單片 10%片對片 5%腔對腔 4SiNx/Mo 10顆粒污染顆粒物大小顆粒物含量 1m 3m 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均勻性的計(jì)算是在基板上選取13個(gè)點(diǎn)，測量數(shù)值，