光刻技术回顾

1、光刻技术 光刻工艺 光刻技术 刻蚀技术 目 的 v 光刻系统的主要指标光刻系统的主要指标 v 基本光刻工艺流程基本光刻工艺流程 v 光刻技术中的常见问题光刻技术中的常见问题 v 光刻掩模板的制造光刻掩模板的制造 v 曝光技术曝光技术 v 光刻设备光刻设备 v 湿法腐蚀和干法刻蚀的原理湿法腐蚀和干法刻蚀的原理 高分辨率。高分辨率。通常把线宽作为光刻水平的标志，线宽越来越细，要求光 刻具有高分辨率。 高灵敏度的光刻胶。高灵敏度的光刻胶。光刻胶的灵敏度通常是指光刻胶的感光速度。光 刻胶灵敏度提高，曝光时间短，但往往使光刻胶的其他属性变差。 低缺陷。低缺陷。在集成电路芯片的加工进程中，如果在器件上产生

2、一个缺陷， 即使缺陷的尺寸小于图形的线宽，也可能会使整个芯片失效。 精密的套刻对准。精密的套刻对准。集成电路芯片的制造需要经过多次光刻，在各次曝 光图形之间要相互套准。通常要采用自动套刻对准技术。误差误差 10%L 对大尺寸硅片的加工。对大尺寸硅片的加工。为了提高经济效益和硅片利用率，一般在一个 大尺寸硅片上同时制作很多个完全相同的芯片。对于光刻而言，在大尺 寸硅片上满足前述的要求难度更大。 IC 对光刻技术的基本要求 3.1 概述 v光刻光刻(photolithography)是在光的作用下，是在光的作用下， 使图像从母版向另一种介质转移的过程。母使图像从母版向另一种介质转移的过程。母 版就

3、是光刻版，是一种由透光区和不透光区版就是光刻版，是一种由透光区和不透光区 组成的玻璃版。组成的玻璃版。 v即将掩模版（光刻版）上的几何图形转移到即将掩模版（光刻版）上的几何图形转移到 覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜覆盖在半导体衬底表面的对光辐照敏感薄膜 材料（光刻胶）上去的工艺过程材料（光刻胶）上去的工艺过程 。 光刻工艺就是利用光敏光敏的抗蚀涂层发生 光化学反应光化学反应，按照确定的版图图形，结合刻刻 蚀方法蚀方法在各种薄膜薄膜上（如SiO2等绝缘膜和各 种金属膜）制备出制备出合乎要求的电路图形，包 括形成金属电极和布线、表面钝化以及实现 选择性掺杂。由于集成电路有一定的空间结 构，

4、需多次使用光刻多次使用光刻，每块集成电路一般要 进行67次光刻，所以氧化工艺氧化工艺与光刻工艺光刻工艺 的结合构成了整个平面工艺的基础。 v 分辨率、分辨率、 v 焦深、焦深、 v 对比度、对比度、 v 特征线宽控制、特征线宽控制、 v 对准和套刻精度、对准和套刻精度、 v 产率以及价格。产率以及价格。 光刻系统的主要指标包括光刻系统的主要指标包括: 7 3.1.1 分辨率分辨率 分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。分辨率是指一个光学系统精确区分目标的能力。 分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的分辨率是决定光刻系统最重要的指标，能分辨的线线 宽宽越小，分辨率越小，分辨率越高越高。其

5、由瑞利衍射定律决定：。其由瑞利衍射定律决定： NA kR 1 k1=0.60.8 NA=0.160.8 提高分辨率：提高分辨率： NA ， ，k1 ：曝光光源的波长 NA：曝光镜头的数值孔径 K1: 比例系数 8 3.1.2 光刻分辨率光刻分辨率 v分辨率分辨率 R=1/2L (mm-1)； 直接用线宽直接用线宽L表示表示 v存在物理极限，由衍射存在物理极限，由衍射 决定：决定： L/2, Rmax 1/ L L 即每即每mm中包含的间距与宽度相等的线条数目。中包含的间距与宽度相等的线条数目。 因光的波动性而产生的衍射效应限定了线宽因光的波动性而产生的衍射效应限定了线宽 KrF激光光源，可产生

6、激光光源，可产生0.25um 常用光源波长常用光源波长436nm，最佳线宽，最佳线宽47um 粒子粒子质量质量m，动能动能E有关有关 3.2 基基 本本 光光 刻刻 工工 艺艺 流流 程程 10 底膜处理底膜处理 v底膜处理是光刻工艺的第一步，其主要目底膜处理是光刻工艺的第一步，其主要目 的是对硅衬底表面进行处理，以增强衬底的是对硅衬底表面进行处理，以增强衬底 与光刻胶之间的与光刻胶之间的黏附性黏附性。 v底膜处理包括以下过程：底膜处理包括以下过程： 1、清洗；清洗；2、烘干；烘干；3、增粘处理。增粘处理。 涂涂 胶胶 在集成电路工艺中，光刻胶层的作用是在刻蚀(腐蚀)或离 子注入过程中，保护被

7、光刻胶覆盖的材料。因此，光刻胶层 与硅片表面之间需要牢固地黏附。涂胶的目的是在硅片表面 形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。 在涂胶之前，硅片一般需要经过脱水烘焙脱水烘焙并且涂上用来增 加光刻胶与硅片表面附着能力的化合物。 SiO2的表面是亲水性亲水性的，而光刻胶是疏水性疏水性的 六甲基乙硅氮烷六甲基乙硅氮烷(简称HMDS) 涂胶：采用旋转涂胶工艺 前前 烘烘 在液态的光刻胶中，溶剂的成份占65-85，经 过甩胶之后，虽然液态的光刻胶已经成为固态的薄 膜，但仍含有10-30的溶剂，涂胶以后的硅片， 需要在一定的温度下进行烘烤，使溶剂从光

8、刻胶内 挥发出来，这一步骤称为前烘。 (前烘后光刻胶中 溶剂含量降至到5左右) 在前烘过程中，由于溶剂的挥发，光刻胶的厚度 也会减薄，一般减小的幅度为10-20左右。 14 曝曝 光光 v曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对曝光是使光刻掩模版与涂上光刻胶的衬底对 准，用光源经过光刻掩模版照射衬底，使接准，用光源经过光刻掩模版照射衬底，使接 受到光照的光刻胶的光学特性发生变化。受到光照的光刻胶的光学特性发生变化。 v曝光中要特别注意曝光光源的选择和对准。曝光中要特别注意曝光光源的选择和对准。 15 简单的光学系统曝光图简单的光学系统曝光图 显显 影影 显影后所留下的光刻胶图形光刻胶图形将在后续

9、的刻蚀和离子注入刻蚀和离子注入工艺 中做为掩膜，因此显影也是一步重要工艺。严格地说，在显影 时曝光区与非曝光区的光刻胶都有不同程度的溶解。曝光区与 非曝光区的光刻胶的溶解速度反差越大，显影后得到的图形对 比度越高。 以正胶为例，在显影过程中，曝光区的光刻 胶在显影液中溶解，非曝光区的光刻胶则不会 溶解。曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形，曝光后在光刻胶层中形成的潜在图形， 显影后便显现出来显影后便显现出来，这一步骤称为显影。 17 坚坚 膜膜 v坚膜也叫后烘，坚膜也叫后烘，主要作用是除去光刻胶中剩余的溶剂， 增强光刻胶对硅片表面的附着力，同时提高光刻胶在刻 蚀和离子注入过程中的抗蚀性和保护能力。

10、 v坚膜温度要高于前烘和曝光后烘烤温度，较高的坚膜温坚膜温度要高于前烘和曝光后烘烤温度，较高的坚膜温 度可使坚膜后光刻胶中的溶剂含量更少，但增加了去胶度可使坚膜后光刻胶中的溶剂含量更少，但增加了去胶 时的困难。且光刻胶内部拉伸应力的增加会使光刻胶的时的困难。且光刻胶内部拉伸应力的增加会使光刻胶的 附着性下降，因此必须适当的控制坚膜温度附着性下降，因此必须适当的控制坚膜温度 。 1030 min，100140 C 腐腐 蚀蚀 v腐蚀就是用适当的腐蚀剂，对未被胶膜覆盖的二氧化硅未被胶膜覆盖的二氧化硅或其他 性质的薄膜进行腐蚀性质的薄膜进行腐蚀，按照光刻胶膜上已经显示出来的图形， 进行完整、清晰、准

11、确的腐蚀完整、清晰、准确的腐蚀，达到选择性扩散或金属布线的 目的。它是影响光刻精度的重要环节影响光刻精度的重要环节。 v对腐蚀剂的要求有： v(1)只对需要腐蚀的物质进行腐蚀。 v(2)对抗蚀剂胶膜不腐蚀或腐蚀很小。 v(3)腐蚀因子要大于一定的数值。腐蚀因子定义为：当腐蚀线条 时，腐蚀的深度与一边的横向增加量的比值。它的值大则表明 横向腐蚀速度小，腐蚀效果好，常用来衡量腐蚀的质量。 v(4)腐蚀液毒性小，使用方便，腐蚀图形边缘整齐、清晰。 去去 胶胶 v去胶是常规光刻工艺的最后一道工序，简单地讲，是使用特定的方法将 经过腐蚀之后还留在表面的胶膜去除掉。 v在集成电路工艺中，去胶的方法包括湿法

12、去胶和干法去胶，在湿法去胶 中又分为有机溶液去胶和无机溶液去胶。 v有机溶液去胶主要是使光刻胶溶于有机溶液中（丙酮和芳香族的有机溶 剂），从而达到去胶的目的。 v无机溶液去胶的原理是使用一些无机溶液(如H2SO4和H2O2等)，将光刻 胶中的碳元素氧化成为二氧化碳，把光刻胶从硅片的表面上除去。 v98%H2SO4+H2O2+胶胶CO+CO2+H2O vO2+胶胶 CO+CO2+H2O v干法去胶则是用等离子体将光刻胶剥除。干法去胶则是用等离子体将光刻胶剥除。光刻胶通过在氧等离子体中发 生化学反应，生成气态的CO，CO2和H2O由真空系统抽走。 v相对于湿法去胶，干法去胶的效果更好，但是干法去胶

13、存在反应残留物 的玷污问题，因此干法去胶与湿法去胶经常搭配进行。 20 最终检验最终检验 v在基本的光刻工艺过程中，最终步骤是在基本的光刻工艺过程中，最终步骤是 检验。衬底在入射白光或紫外光下首先检验。衬底在入射白光或紫外光下首先 接受表面目检，以检查污点和大的微粒接受表面目检，以检查污点和大的微粒 污染。之后是显微镜检验或自动检验来污染。之后是显微镜检验或自动检验来 检验缺陷和图案变形。检验缺陷和图案变形。 在光刻的过程中通常包括三个主要步骤：曝光、显影、刻蚀在光刻的过程中通常包括三个主要步骤：曝光、显影、刻蚀(或淀积或淀积) 。 22 3.3 光刻技术中的常见问题光刻技术中的常见问题 v半

14、导体器件和集成电路的制造对光刻质量有半导体器件和集成电路的制造对光刻质量有 如下要求：一是刻蚀的如下要求：一是刻蚀的图形完整图形完整，尺寸准确，尺寸准确， 边缘整齐陡直边缘整齐陡直；二是图形内没有；二是图形内没有针孔针孔；三是；三是 图形外没有图形外没有残留残留的被腐蚀的被腐蚀物质物质。同时要求图。同时要求图 形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程中，形套刻准确，无污染等等。但在光刻过程中， 常常出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺出现浮胶、毛刺、钻蚀、针孔和小岛等缺 陷陷。 v光刻三要素：光刻胶、掩膜版和光刻机 v一、 光刻胶 光刻胶又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、 基体树脂和有机溶剂等混合

15、而成的胶状液体 光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其 化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定显 影溶液中的溶解特性改变 3.4 光刻胶与掩膜版光刻胶与掩膜版 显影液 硅片 光刻胶二氧化硅膜 曝光后 的光刻胶 25 v按曝光区在显影中被去除或保留来划分：按曝光区在显影中被去除或保留来划分： 正（性）胶正（性）胶 负（性）胶负（性）胶 v按其用途划分：按其用途划分： 光学光刻胶光学光刻胶 电子抗蚀剂电子抗蚀剂 X-射线抗蚀剂射线抗蚀剂 分类分类 曝光前不可溶曝光前不可溶,曝光后可溶曝光后可溶 曝光前可溶曝光前可溶,曝光后不可溶曝光后不可溶 26 光刻胶的特征量光刻胶的特征量 v响应波长响应波长 v

16、灵敏度，又称光敏度，指最小曝光剂量灵敏度，又称光敏度，指最小曝光剂量E0 v抗蚀性，抗蚀性，指耐酸、碱能力指耐酸、碱能力 v粘滞性，指粘滞性，指流动特性的定量指标流动特性的定量指标 v粘附性粘附性 ，指与硅、二氧化硅表面结合力的大小，指与硅、二氧化硅表面结合力的大小 v光刻胶的膨胀光刻胶的膨胀 v微粒数量和金属含量微粒数量和金属含量 v储存寿命储存寿命 27 光学光刻胶光学光刻胶 正胶和负胶进行图形转移示意图 28 3 正、负胶比较正、负胶比较 v正胶，显影容易，图形边缘齐，无溶涨现象，光正胶，显影容易，图形边缘齐，无溶涨现象，光 刻的分辨率高，去胶也较容易。刻的分辨率高，去胶也较容易。 在超

17、大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶。 v负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影负胶显影后保留区的胶膜是交联高分子，在显影 时，吸收显影液而时，吸收显影液而溶涨溶涨，另外，交联反应是局部，另外，交联反应是局部 的，边界不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬的，边界不齐，所以图形分辨率下降。光刻后硬 化的胶膜也较难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。化的胶膜也较难去除。但负胶比正胶相抗蚀性强。 适于加工线宽3m的线条 29 其它光刻胶其它光刻胶 1、电子束光刻胶、电子束光刻胶 2、X射线光刻胶射线光刻胶 30 3.4 光刻掩模版的制造光刻掩模版的制造 掩模版就是将设计好的特定几何图形通过一定掩模版就是

18、将设计好的特定几何图形通过一定 的方法以一定的间距和布局做在基版上，供光的方法以一定的间距和布局做在基版上，供光 刻工艺中重复使用。制造商将设计工程师交付刻工艺中重复使用。制造商将设计工程师交付 的标准制版数据传送给一个称作图形发生器的的标准制版数据传送给一个称作图形发生器的 设备，图形发生器会根据该数据完成图形的产设备，图形发生器会根据该数据完成图形的产 生和重复，并将版图数据分层转移到各层光刻生和重复，并将版图数据分层转移到各层光刻 掩模版（为涂有感光材料的优质玻璃板）上，掩模版（为涂有感光材料的优质玻璃板）上， 这就是制版。这就是制版。 31 光刻版光刻版 32 (A)电路图；电路图；(

19、B)版图版图 (A)(B) 掩模版的制备流程掩模版的制备流程 v(1)空白版的制备 v(2)数据转换 v(3)刻画 v(4)形成图形 v(5)检测与修补 v(6)老化与终检 34 掩模板的基本构造及质量要求掩模板的基本构造及质量要求 掩模版的基本构造 掩膜版质量的要求掩膜版质量的要求 v(1)玻璃衬底的选择 v用于掩膜版制备的玻璃衬底需满足以下几个条件。 v热膨胀系数(CTE) 要求越小越好，对于白玻璃，要求要求越小越好，对于白玻璃，要求9.310-6K-1；对于硼硅玻；对于硼硅玻 璃，要求璃，要求4.510-6K-1；对于石英玻璃，要求；对于石英玻璃，要求0.510-6K-1。 v透射率 在

20、在360nm以上的波长范围内，透射率在以上的波长范围内，透射率在90%以上。以上。 v化学稳定性 掩模版在使用和储存过程中，很难绝对避免与酸、碱、水和其它掩模版在使用和储存过程中，很难绝对避免与酸、碱、水和其它 气氛接触。它们对玻璃都有不同程度的溶解力。气氛接触。它们对玻璃都有不同程度的溶解力。 v选择方法 要求玻璃衬底表面平整、光滑、无划痕、厚度均匀，与遮光膜的要求玻璃衬底表面平整、光滑、无划痕、厚度均匀，与遮光膜的 粘附性好。粘附性好。 36 彩色版制备技术彩色版制备技术 彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模，因有颜色，彩色版是一种采用新型的透明或半透明掩模，因有颜色， 即俗称彩色版，它

21、可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及即俗称彩色版，它可克服超微粒干版缺陷多，耐磨性差及 铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。铬版针孔多、易反光、不易对准等缺点。 彩色版种类很多，有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化彩色版种类很多，有氧化铁版、硅版、氧化铬版、氧化 亚铜版等，目前应用较广的是氧化铁彩色版。亚铜版等，目前应用较广的是氧化铁彩色版。 氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的氧化铁具备作为选择透明掩模材料的所有要求的最佳的 化学和物理特性。据报道，在紫外区（化学和物理特性。据报道，在紫外区（300400nm）的透的透 射率小于射率小于1%，在可见光区（，在可见光区（400800nm）

22、透射率大于透射率大于 30%。 37 3.6 紫外光曝光技术紫外光曝光技术 光学相关波长范围参考图 38 紫外光曝光技术紫外光曝光技术 v光源：主要是光源：主要是UV， DUV 水银弧光灯：水银弧光灯： i线线365nm； h线线405nm； g线线436nm 氙汞灯：氙汞灯：200-300nm 准分子激光：准分子激光： KrF248nm；0.35-0.18 m工艺，工艺，ArF193nm， 可用于可用于0.13m的的CMOS 工艺工艺 39 紫外光曝光技术紫外光曝光技术 1:1曝光系统曝光系统 4或或5倍缩小曝光系统倍缩小曝光系统 接触式接触式接近式接近式投影式（步进）投影式（步进） 40

23、其它曝光技术其它曝光技术 其它曝光技术的主要有：其它曝光技术的主要有： 电子束光刻电子束光刻 X-射线光刻射线光刻 离子束光刻离子束光刻 新技术展望新技术展望 41 电子束光刻电子束光刻 v电子束光刻是采用电子束光刻机进行的光刻，电子束光刻是采用电子束光刻机进行的光刻， 有两种方式：一是在一台设备中既发生图形又有两种方式：一是在一台设备中既发生图形又 进行光刻，就是进行光刻，就是直写光刻直写光刻（不用光刻板的光（不用光刻板的光 刻）；另一种是两个系统，制版和光刻分别进刻）；另一种是两个系统，制版和光刻分别进 行。行。 v电子束光刻已应用于制造高精度掩模版、移相电子束光刻已应用于制造高精度掩模版

24、、移相 掩膜版和掩膜版和x射线掩模版。射线掩模版。 42 新技术展望新技术展望 NA kR 1 NA kR 1 1、浸入式光刻技术、浸入式光刻技术 n/ 45, 32, 22 nm Technology nodes 譬如用水替代空气譬如用水替代空气 全氟聚烷基醚油全氟聚烷基醚油 43 2、纳米压印光刻、纳米压印光刻 现有的主流纳米压印光刻 44 新技术展望新技术展望 3、极紫外光刻（、极紫外光刻（EUV） 极紫外光刻原理图 45 新技术展望新技术展望 4、无掩模光刻、无掩模光刻(ML2) 光学无掩模光刻示意图 带电粒子无掩模光刻示意图 46 从平面工艺诞生以来，光刻设备可以分为五代。从平面工艺

25、诞生以来，光刻设备可以分为五代。 每一代又以那个时期获得每一代又以那个时期获得CD和分辨率所需的设备和分辨率所需的设备 类型为代表。这五个精细光刻时代的代表是：类型为代表。这五个精细光刻时代的代表是： 接触式光刻机；接触式光刻机； 接近式光刻机；接近式光刻机； 扫描投影光刻机；扫描投影光刻机； 分步重复投影光刻机；分步重复投影光刻机； 步进扫描光刻机。步进扫描光刻机。 47 接触式光刻机系统 48 接近式光刻机上的边缘衍射和表面反射 49 扫描投影光刻机 50 步进光刻机的曝光场 51 步进扫描投影光刻机 步进扫描光刻机的曝光场 52 光刻设备的发展趋势光刻设备的发展趋势 1、光刻设备加工硅片

26、大尺寸化、单、光刻设备加工硅片大尺寸化、单 片化、高精度化和全自动化片化、高精度化和全自动化 2、设备制造商垄断化、设备制造商垄断化 3、设备高价格化、设备高价格化 4、设备研制联合化、设备研制联合化 53 3.8 刻蚀技术刻蚀技术 3.8.1 概述概述 3.8.2 湿法刻蚀湿法刻蚀 3.8.3 干法刻蚀技术干法刻蚀技术 3.8.4 刻蚀技术新进展刻蚀技术新进展 54 3.8.1 概述概述 理想的刻蚀工艺必须具有以下特点：理想的刻蚀工艺必须具有以下特点： 各向异性刻蚀各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。 良好的刻蚀选择性良好的刻蚀选择性，即对作为掩模的抗

27、蚀剂和处于，即对作为掩模的抗蚀剂和处于 其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻其下的另一层薄膜或材料的刻蚀速率都比被刻蚀薄膜的刻 蚀速率小得多，以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性，蚀速率小得多，以保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性， 不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料；不致发生因为过刻蚀而损坏薄膜下面的其他材料； 加工批量大加工批量大，控制容易，成本低，对环境污染少，控制容易，成本低，对环境污染少， 适用于工业生产。适用于工业生产。 55 广义而言，刻蚀技术包含了所有广义而言，刻蚀技术包含了所有将材质表面均匀将材质表面均匀 移除或是有选择性地部分去除的技术移除或是有选择性地部

28、分去除的技术，可大体分为，可大体分为 湿法刻蚀湿法刻蚀（Wet Etching）和干法刻蚀和干法刻蚀（Dry Etching） 两种方式两种方式。 影响刻蚀工艺的因素分为外部因素和内部因素。影响刻蚀工艺的因素分为外部因素和内部因素。 外部因素主要包括设备硬件的配置以及环境的温度、湿度外部因素主要包括设备硬件的配置以及环境的温度、湿度 影响，对于操作人员来说，外部因素只能记录，很难改变，影响，对于操作人员来说，外部因素只能记录，很难改变， 要做好的就是优化工艺参数，实现比较理想的实验结果。要做好的就是优化工艺参数，实现比较理想的实验结果。 内部因素就是在设备稳定的情况下对工艺结果起到决定性内部因

29、素就是在设备稳定的情况下对工艺结果起到决定性 作用。作用。 56 3.8.2 湿法刻蚀湿法刻蚀 v湿法腐蚀是湿法腐蚀是化学腐蚀化学腐蚀，晶片放在腐蚀液中（或喷淋），晶片放在腐蚀液中（或喷淋）， 通过化学反应通过化学反应去除窗口薄膜去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图，得到晶片表面的薄膜图 形。形。 v湿法刻蚀大概可分为三个步骤：湿法刻蚀大概可分为三个步骤： v反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面。反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面。 v反应物与被刻蚀薄膜反应。反应物与被刻蚀薄膜反应。 v反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液 排出。排出。 v在这三个步骤中

30、，一般进行最慢的是反应物与被刻蚀在这三个步骤中，一般进行最慢的是反应物与被刻蚀 薄膜反应的步骤，也就是说，该步骤的进行速率即是薄膜反应的步骤，也就是说，该步骤的进行速率即是 刻蚀速率。刻蚀速率。 57 湿法腐蚀特点湿法腐蚀特点 v湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备 v保真度差，腐蚀为各向同性，保真度差，腐蚀为各向同性，A=0，图形分，图形分 辨率低。辨率低。 v选择比高选择比高 v均匀性好均匀性好 v清洁性较差。清洁性较差。 58 3.8.2.1 硅的湿法腐蚀硅的湿法腐蚀 v各向同性腐蚀：各向同性腐蚀： Si+HNO3+6HF H2SiF6+HNO2+H2O +H2

31、v各向异性腐蚀：各向异性腐蚀： Si+2KOH+H2O K2SiO3+H2O 59 3.8.2.2 二氧化硅的湿法腐蚀二氧化硅的湿法腐蚀 2622 62SiOHFSiFH OH HFNHFNH 34 影响刻蚀质量的因素主要有：影响刻蚀质量的因素主要有： 粘附性光刻胶与粘附性光刻胶与SiO2表面粘附良好，是保表面粘附良好，是保 证刻蚀质量的重要条件。证刻蚀质量的重要条件。二氧化硅的性质。二氧化硅的性质。 二氧化硅中的杂质。二氧化硅中的杂质。刻蚀温度。刻蚀温度。刻蚀时间。刻蚀时间。 60 3.8.2.4 湿法刻蚀设备湿法刻蚀设备 湿法刻蚀工艺的设备主要由湿法刻蚀工艺的设备主要由刻蚀槽、水洗糟和干刻

32、蚀槽、水洗糟和干 燥槽燥槽构成，其装置结构如图所示。构成，其装置结构如图所示。 61 3.8.3 干法刻蚀技术干法刻蚀技术 v干法腐蚀是应用干法腐蚀是应用等离子技术等离子技术的腐蚀方法，的腐蚀方法，刻刻 蚀气体在反应器中等离子化蚀气体在反应器中等离子化，与被刻蚀材料，与被刻蚀材料 反应（或溅射），反应（或溅射），生成物是气态物质生成物是气态物质，从反，从反 应器中被抽出。应器中被抽出。 v干法刻蚀是干法刻蚀是ULSI的的标准腐蚀工艺标准腐蚀工艺。 62 干法刻蚀的方式干法刻蚀的方式 依据等离子放电条件、反应气体、系统的依据等离子放电条件、反应气体、系统的 不同，有多种干法刻蚀方式。不同，有多种

33、干法刻蚀方式。 v物理性刻蚀物理性刻蚀 v化学性刻蚀（又称等离子体刻蚀）化学性刻蚀（又称等离子体刻蚀） v物理化学性刻蚀（又称反应离子刻蚀物理化学性刻蚀（又称反应离子刻蚀RIE） 63 3 物理化学性刻蚀（物理化学性刻蚀（RIE） vRIE是等离子是等离子化学性刻蚀化学性刻蚀和和溅射物理性刻蚀溅射物理性刻蚀 现象同时作用的刻蚀，实际是离子辅助刻现象同时作用的刻蚀，实际是离子辅助刻 蚀。蚀。 v设备特点是被刻蚀衬底放置在功率电极上。设备特点是被刻蚀衬底放置在功率电极上。 v目前，目前， RIE是在是在IC中采用最多的刻蚀方法。中采用最多的刻蚀方法。 64 RIE刻蚀特点刻蚀特点 v保真度优于化学性刻蚀，但不如物理性保真度优于化学性刻蚀，但不如物理性 刻蚀。刻蚀。 v选择比优于物理性刻蚀，但不如化学性选择比优于物理性刻蚀，但不如化学性 刻蚀刻蚀 vRIE刻蚀后在衬底上留有残余损伤。刻蚀后在衬底上