干法和湿法腐蚀讲稿ppt课件

1、干法腐蚀和湿法腐蚀无锡华润晶芯半导体.目录引见术语 湿法和干法腐蚀 等离子体根底详细的腐蚀工艺引见 .腐蚀的定义腐蚀工艺就是从外表除去资料 化学，物理，结合三种作用选择性的或整体腐蚀 选择性腐蚀将IC设计的图象经过光刻胶转移到硅片外表层上去 .栅掩膜的对准 .栅掩膜的曝光 .显影、后烘、检查.腐蚀多晶.腐蚀多晶续.去胶.工艺流程.腐蚀的术语 腐蚀速率 选择比 腐蚀均匀性 腐蚀剖面 湿法腐蚀 干法腐蚀 反响离子腐蚀RIE终点.腐蚀速率 腐蚀速率用这种资料从硅片外表被腐蚀有多快来衡量.腐蚀速率 .腐蚀均匀性 腐蚀均匀性用片内和片间的工艺可反复性来衡量 厚度丈量测的是不同点的腐蚀之前和腐蚀之后越多的

2、丈量电,越高的准确性 通常运用的是规范偏向定义不同的定义给出不同的结果.规范偏向的非均匀性 N 个点的丈量 .最大-最小的均匀性 腐蚀的不均匀性可以经过下面的等式叫做最大最小均匀性来计算.选择比 选择比是不同资料的腐蚀速率之比在图形腐蚀方面很重要选择比是对下层薄膜和对光刻胶.选择比.选择比.Etch Profiles .Etch Profiles .负载效应: macro loading硅片上较大的曝露区域和较小的曝露区域的腐蚀速率是不同的主要影响批腐蚀的工艺在单片工艺上有较小的影响.负载效应: micro loading较小的孔腐蚀速率相对于较大的孔的腐蚀速率来说比较低腐蚀物质比较难经过较小

3、的孔腐蚀的副产物更难分散出来较低的气体压力能使这个效应最小化越大的平均自在程，对腐蚀物质要到达薄膜外表以及腐蚀的副产物要出来就越容易.Micro loading.Profile Micro Loading .过腐蚀薄膜的厚度和腐蚀速率都是不同的过腐蚀：除去这些残留的薄膜 要被腐蚀的薄膜和下层的选择比RIE反响离子腐蚀运用光学的终点来到达从主腐蚀到过腐蚀的转换.开场腐蚀工艺 .主腐蚀的终点 .过腐蚀之后 .残留物 不希望的残留物缘由 过腐蚀不够充分 腐蚀副产物不挥发.过腐蚀不充分 .外表上不挥发的副产物.残留物适当的过腐蚀不挥发的残留物的去除 足够的离子轰击来去除 适当的化学腐蚀来除去氧气等离子

4、体去胶: 有机残留物湿法化学清洗: 无机残留物 .湿法腐蚀.湿法腐蚀 化学的处理方法来溶解硅片外表上的物质副产物是气体，液体或可溶在腐蚀溶液中的物质三个根本步骤：腐蚀，漂洗，甩干.根本的湿法腐蚀步骤 腐蚀甩干.湿法腐蚀纯粹的化学过程，各向同性的剖面广泛运用在特征尺寸大于3um的IC产业中仍就运用在先进的IC厂里 硅片清洗 整个薄膜的剥离 .湿法腐蚀的剖面不能运用在特征尺寸小于3um的工艺上被等离子体腐蚀所替代.湿法腐蚀的运用湿法腐蚀不能运用在CD 3, 腐蚀占主导位置 F/C 2, 聚合占主导位置 当腐蚀二氧化硅,氧气的副产物能同C反响来释放更多的氟 当腐蚀硅或硅化物时,没有氧气释放,氟被耗费

5、, F/C比降低到小于2，开场聚合物的淀积聚合物妨碍更进一步的腐蚀BPSG-to-TiSi2的高选择比 .电介质腐蚀.F/C比, DC Bias and Polymerization .通孔腐蚀腐蚀USG 为了金属和金属间的互连而开通孔需求对金属和光刻胶的高选择比氟化学.腐蚀通孔氟作为主要腐蚀剂CF4, CHF3和Ar都在腐蚀中运用. O2或H2也能运用 对金属的高选择比 防止金属溅射 .电介质腐蚀的概要 .单晶硅腐蚀光刻胶可以引起衬底污染氯/溴化学 Cl2/HBr作为主腐蚀剂 .单晶硅腐蚀化学少量的O2来对侧壁钝化少的NF3来阻止black silicon 定时腐蚀 .金属腐蚀腐蚀AlCu金

6、属叠层来构成金属互连 通常运用 Cl2 + BCl3不论用物理的还是化学的方法，需求腐掉Cu 在硅片曝露到大气中的湿气前需求去胶.腐蚀金属为了金属互连 Cl2 作为主腐蚀剂 BCl3, N2用来侧壁钝化O2用来调高对二氧化硅的选择比主要问题:腐蚀剖面和防止腐蚀残留 金属晶粒尺寸能影响腐蚀工艺 .金属腐蚀化学 .干法去胶Remote plasma source 没有离子轰击的自在基团 高气压,微波等离子体 防止金属侵蚀对金属腐蚀后残留在PR中的氯去除是很重要的提高产能和废品率.干法去胶 O2, H2O chemistry .干法去胶工艺.总结腐蚀就是将光刻胶的图形转移到硅片外表资料上的过程.。腐

7、蚀分为湿法腐蚀和干法腐蚀。干法腐蚀被广泛用自图形腐蚀工艺中。.SIN 腐蚀 腐蚀设备是LAM490，低压力，终点控制，腐蚀气体主要是SF6，SIN对OXIDE 的选择比在3左右。SIN腐蚀需求特别留意是就是1.保证SIN 腐蚀干净2.留有一定的SIO2，不能腐蚀到SI衬底上。3.由于SIN及PAD OXIDE 的厚度都较薄，所以对腐蚀均匀性的要求也很高。在线监测腐蚀后的残氧。 .孔腐蚀 STEP1：ISO ETCH 各向同性腐蚀 STEP2：ANISO ETCH 各向异性腐蚀 .孔腐蚀需求留意的是1.要保证有一定的过腐蚀量即孔要腐蚀干净，否那么孔的接触电阻会很大，其他一些参数会测不出来。2.过

8、腐蚀量又不能太大；所以必需求有OXIDE 对SI/POLY-SI的选择比很高普通大于10来做保证。 .平坦化工艺 当器件集成度提高，器件尺寸越来越小，需求用到双层多层布线的时候，平坦化的工艺也随之引入消费。随着器件的构成，在圆片上的膜层见多FOX，POLY1，POLY2，D1，M1 等，圆片外表的平整度变差，这是对光刻机构成了挑战；平坦化的目的就是要减小减小台阶差别，给光刻提供有利条件。 .VIA 腐蚀 VIA 是使M1/M2 衔接起来的通道。同样要是M1/M2 衔接的好，需求有良好的VIA 形貌来保证M2 的台阶覆盖。VIA腐蚀要留意1.VIA 要腐蚀干净 2.最终的介质厚度要控制住，不能太

9、薄呵斥M1，M2间漏电，也不能太厚M2台阶覆盖不良。 .VIA 腐蚀.钝化腐蚀 钝化的目的是给器件以外表维护作用。普通钝化层采用PEOXIDE/PESIN 双层介质。 .POLY ETCH 主要设备有LAM9406、LAM490。 主要腐蚀气体为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 外表的一层自然氧化层，有

10、时在POLY 光刻之前如有一步HF DIP，STEP1 可以不做。 CL2 是主要腐蚀气体；HBr可以构成POLYMER 维护侧壁，提高对PR 的选择比；参与He-O2 可以提高对OXIDE 的选择比。 在线监测腐蚀后的残氧，但由于POLY腐蚀以后普通氧化层外表都有一些POLYMER 附着，所以腐蚀后测的残氧值通常并不是真实的，经100：1HF DIP 10SEC之后丈量的值才是真实的残氧值。 .METAL ETCH 主要设备有AME8330，TCP9600 主要腐蚀气体：CL2/BCL3/CF4/N2 1AME8330：为多片式刻蚀系统，阳极为钟罩，阴极为六面体电极，共有18个硅片基座，LO

11、ADLOCK 可储存硅片，自动装片系统。终点控制方式。刻蚀和去胶在同一腔体，可以有效的消除AL 的后腐蚀。 2TCP9600：2001年新进扩产设备，同样为单片式刻蚀系统，与上述两台设备的区别之处在于Plasma的构成方式不同，并且该设备有一个自带的流水腔 METAL腐蚀后一定要留意去胶及时，否那么，如前所述，会有AL的后腐蚀发生。 . RESIDUE CLEAN 主要用于去除在腐蚀时产生的付产品的清洗,如AL腐蚀后用ACT-CMI，EKC265等进展清洗,在钝化后进展清洗等. 清洗前后的SEM图片对比方下： .湿法腐蚀工艺湿法腐蚀工艺由于其低本钱,高产出,高可靠性以及其优良的选择比是其优点而

12、仍被广泛接受和运用。根本上是各向同性,因此他们腐蚀后的尺寸要比定义的尺寸小,须在版上加一定量的BIAS.因此主要适用于大尺寸条宽的器件消费.同时现有的湿法腐蚀设备正朝着以下方向开展：1自动化，2在微处置器控制下提高在腐蚀形状下的反复性，以协助工艺工程师提供更良好的控制，阻止人为要素的影响。3点控制过滤控制，以减小腐蚀过程中缺陷的产生，4自动喷淋设备的开发。 .湿法腐蚀 主要缺陷有: A: 腐蚀液及DI WATER的本钱比干法腐蚀用气体本钱高; B: 在处置化学药液时给人带来平安问题; C: 光刻胶的黏附性问题 D: 有气体产生以及不彻底的腐蚀及均匀性差等问题 E: 排风问题 .湿法腐蚀机理 湿

13、法腐蚀的产生普通可分为3步: 1: 反响物(指化学药剂)分散到反响外表 2: 实践反响(化学反响) 3:反响生成物经过分散脱离反响外表 .影响湿法腐蚀的要素 湿法腐蚀质量的好坏，取决于多种要素，主要的影响要素有： 1: 掩膜资料(主要指光刻胶)： 显影不清和曝光强度不够，会使显影时留有残胶，通常会使腐蚀不净。 2:须腐蚀膜的类型(指如SIO2,POLY , SILICON等) 3:腐蚀速率：腐蚀速率的变化会使腐蚀效果发生改动，经常会导致腐蚀不净或严重过腐蚀，从而呵斥异常，影响腐蚀速率的要素可见下面的影响要素。 4:浸润与否：由于在湿法腐蚀时由于腐蚀液与膜间存在外表张力，从而使腐蚀液难于到达或进

14、入被腐蚀外表和孔，难于实现腐蚀的目的。大多数情况下，为减小外表张力的影响，会在腐蚀槽中参与一定量的浸润。 .影响E/R的要素: 1: 腐蚀槽的温度 2: 膜的类型(如SIO2,POLY , SILICON等) 3: 晶向 4: 膜的构成(是热生长构成或掺杂构成) 5: 膜的密度(THERMAL OR LTO) 6: 腐蚀时的作业方式(喷淋,浸没或是旋转) 7: 药液成分的变化 8: 腐蚀时有无搅动或对流等 .一切上述要素均是查找异常缘由的要素,同时膜的掺杂类型及含量也影响E/R,由于外加的掺杂剂改动了膜的密度,例如掺P的氧化层比热氧化层E/R快得多,而掺B的氧化层要慢得多.以下图显示了掺P的C

15、VD SIO2与热氧化OXIDE 在BOE中的不同的腐蚀速率对比。 .SIO2腐蚀: 湿法腐蚀SIO2在微电子技术运用中通常是用HF来实现,其反响方程式为: SIO2+6HF-H2 +SIF6+2H2O 普通HF浓度为49%，此反响对于控制来说太快,因此常采用缓冲HF来替代(BOE或BHF),参与NH4F,可以减少F-的分解,从而使反响更稳定,而且非缓冲HF对胶和接口产生不良影响. 有资料阐明，BHF中NH4F的浓度过大而会严重影响其E/R 的均匀性及E/R线性。同时研讨阐明，在低温下生成固态的NH4HF2，这些固态物质能产生颗粒并导致药液组分的变化，当NH4F含量分量比为15%时，能有效的处

16、理此问题。在腐蚀SIO2时，为了顺应不同的工艺要求如去除SIO2的膜厚，为更好的控制E/R，可以选择不同的HF浓度配比及工艺条件进展腐蚀。 .SI 腐蚀 不论单晶硅和多晶硅，都能被HNO3和HF的混和液腐蚀掉，反响最初是由HNO3在外表构成一层SIO2,然后被HF溶解掉,其反响方程式为: SI + HNO3 + 6HF-H2SIO6 + HNO2 + H2 + H2O 常把CH3COOH作为缓冲溶剂,因可以减少HNO3的分解以提高HNO3的浓度. .SIN腐蚀 SIN可被沸腾(160C左右)的85%的H3PO4溶液所腐蚀,然而胶常被去掉,因此有时采用SIO2作为掩蔽层来对SIN进展腐蚀,SIO

17、2图形有光刻胶构成,然后去胶,接下来进展H3PO4对SIN 腐蚀. 我们普通是在场氧化后进展SIN的全剥,由于是在高温下进展了氧化,因此在SIN外表有一层SINO层, 此层不溶于H3PO4而溶于HF,因此在进H3PO4槽时必需先进HF槽以去除SINO膜,然后进展SIN的全剥. .AL 腐蚀 湿法AL 及AL 合金腐蚀常在加热的H3PO4+HNO3+ CH3COOH及水的混合液中进展,温度大约是35C45C,典型的组分为: 80%H3PO4 +5%HNO3+5%CH3COOH+10% H2O,其E/R常遭到诸多要素的影响,如温度,药液组分,AL膜的纯度以及合金组分等. 反响式如下: HNO3 +

18、 AL + H3PO4 AL2O3+H2O+ H2 在反响时会产生H2,当H2附在AL 外表时会妨碍反响,因此在腐蚀时参与鼓泡以减小此问题,由于H2及其它问题,如溅射时的沾污及自然氧化层的影响,普通在腐蚀时假设1050%的过腐蚀量以确保能完全腐蚀干净.湿法AL 腐蚀也常单用80%的H3PO4进展腐蚀. .湿法腐蚀本卷须知 由于湿法腐蚀的特性，在对不同的资料进展腐蚀时必需选择相应的腐蚀药液和工艺条件，在开发湿法腐蚀和清洗菜单时必需留意此药液对硅片上其它膜层和资料的影响，同时必需思索湿法腐蚀特性所带来的一些其它问题。 1:AL 及AL以后的片子的去胶不能进SH槽; 2:湿法氧化物腐蚀前必需进展充分

19、的浸润; 3:须做先行的片子根据先行结果适当调整腐蚀时间； 4:对湿法氧化物腐蚀检查,原那么上检查膜厚最厚且小图形处和大块 被腐蚀区域应保证干净; 5:对湿法AL腐蚀检查,主要检查小图形及横跨台阶的AL条能否有 残AL 及AL 条缺口严重和断AL 景象; 6: 一切腐蚀时间加参考的均仅供参考, E/R及膜厚正常的情况下,可 按参考时间作业,在E/R和膜厚变化较大时,可适当调整腐蚀时间; .湿法去胶 1: 有机去胶 有机去胶是经过拆散胶层构造而到达去胶的目的.但其限制性较大,象常用的药液有DMF,ACT,EKC等. 2: 非有机去胶 目前常用的是H2SO4与H2O2加热到120-140C左右,其

20、强氧化性使胶中的C氧化成CO2,并消费H2O.值得一提的是,此类去胶常用在无金属层上,也就是说在AL及AL 以后层次的去胶不能用此类去胶,此类去胶也常用在干法去胶后加一步湿法去胶(主要是大剂量注入和较差的干法去胶后. 3: 去胶未净后的处置方法: 如检查去胶未净,常用的方法是继续去胶或用以下两中方法去胶 A: 运用稀HF进展漂洗,然后流水甩干; .常见工艺要求和异常干法腐蚀 .SIN 剩余 缘由分析：设备腐蚀才干缺乏，片内均匀性差。 处置方法：优化工艺，或换成工艺才干大的设备进展腐蚀。.AL 的后腐蚀 缘由分析：AL 腐蚀后去胶时间间隔太长，呵斥空气中的水气与光刻胶中残留的CL离子反响生成HCL，继续腐蚀AL。 处置方法：AL腐蚀后及时去胶，检查AL 腐蚀设备的压力及气体组分对反响腔的影响。 .过腐蚀 例：AL 过腐蚀呵斥AL 条细，断条等。 缘由分析：1.错误找到终点，致腐蚀时间过长。 2错误选择腐蚀程序。