图形刻蚀技术

第7章：图形刻蚀技术

(Chapter11)ImplantDiffusionTest/SortEtchPolishPhotoCompletedwaferUnpatternedwaferWaferstartThinFilmsWaferfabrication(front-end)问题：常见的刻蚀对象：SiO2、Si3N4、Poly-Si、磷硅玻璃、铝或铝合金、衬底材料等即：金属刻蚀、介质刻蚀、硅（半导体）刻蚀PhotoresistmaskFilmtobeetched(a)Photoresist-patternedsubstrate(b)SubstrateafteretchPhotoresistmaskProtectedfilmEtchBias、Undercut、SlopeandOveretch(a)BiasResistFilmSubstrateWbWaUndercutSubstrateResistFilmOveretchS=EfErEfNitrideOxideEr选择比：SEf=被刻蚀材料的刻蚀速率Er=掩蔽层材料的刻蚀速率对刻蚀的基本要求：图形的高保真：横向腐蚀和各向异性腐蚀刻蚀剖面：选择比：光刻胶和不同材料的腐蚀速度关键尺寸（CD）控制均匀性：小线条和大硅片清洁：残渣沾污损伤：7.1.湿法腐蚀：即，化学腐蚀(S11.1)8.1.1腐蚀液：SiO2： HF:NH4F:H2O=3毫升：6克：10毫升 （36°C）Al： H2PO4、70~80°C、乙醇稀释Si3N4：H2PO4、 H2PO4：HNO3=3：1（SiO2膜） HF（Cr膜）其它 定向腐蚀(P265~263)7.1.2刻刻蚀蚀中中的的质质量量问问题题：：图形形畸畸变变：：曝曝光光时时间间、、显显影影时时间间、、刻蚀蚀速速度度浮胶胶：：粘粘附附、、前前烘烘时时间间、、曝曝光光时时间间、、显显影影时时间间、、刻蚀蚀速速度度、、腐腐蚀蚀液液毛刺刺和和钻钻蚀蚀：：清清洁洁、、显显影影时时间间、、腐蚀蚀液液针孔孔：：膜膜厚厚不不足足、、曝曝光光不不足足、、清清洁洁、、掩掩膜膜版版小岛岛：：曝曝光光、、清清洁洁、、湿湿法法显显影影、、掩掩膜膜版版湿法法腐腐蚀蚀工工艺艺的的特特点点：：速度度快快，，成成本本底底，，精精度度不不高高。。7.2.干干法法腐腐蚀蚀：：即即，，等等离离子子刻刻蚀蚀Section11.3（（重重点点阅阅读读））7.2.1.原原理理和和特特点点：：是一一种种物物理理-化化学学刻刻蚀蚀；；是一一种种选选择择性性很很强强的的刻刻蚀蚀在低低压压中中进进行行，，污污染染小小与去去胶胶工工艺艺同同时时进进行行表面面损损伤伤置入入等等离离子子场场中中的的分分子子因因等等离离子子能能量量的的激激励励生生成成了了性性的的游离离基基分分子子、、原原子子，，以以这这些些活活性性游游离离基基分分子子、、原原子子引引起起的化化学学反反应应，，形形成成挥挥发发性性产产物物，，而而使使被被蚀蚀物物剥剥离离去去掉掉。。活性性游游离离基基分分子子、、原原子子不不受受电电场场影影响响，，因因而而各各向向同同性性。。RF装置置：：RootspumpProcessgasesExhaustGas-flowcontrollerPressurecontrollerGaspanelRFgeneratorMatchingnetworkMicrocontrollerOperatorInterfaceGasdispersionscreenElectrodesEndpointsignalPressuresignalRoughingpumpWaferF基基刻刻蚀蚀原原理理：：（（SiO2为例例））CF42F+CF2（游游离离基基））SiO2+4FSiF4+2OSiO2+2CF2SiF4+2COCl基……等离子激激发8) By-productremoval1) EtchantgasesenterchamberSubstrateEtchprocesschamber2) Dissociationofreactantsbyelectricfields5) Adsorptionofreactiveionsonsurface4) Reactive+ionsbombardsurface6) SurfacereactionsofradicalsandsurfacefilmExhaustGasdeliveryRFgeneratorBy-products3) Recombinationofelectronswithatomscreatesplasma7) Desorptionofby-productsCathodeAnodeElectricfieldllAnisotropicetchIsotropicetch氧的作用用：加快快氢的作用用：减慢慢高分子生生成：刻刻蚀速度度、选择择性反应气体体：CF4、CHF3、CF6SeeTable11.3InGaAs刻刻蚀仿真真刻蚀前结结构PIN结结构。10um厚的本本征InP衬底底，在衬衬底上生生长3um厚的的掺杂Si浓度度为2××1018的InP层（N＋），然后后再淀积积3um厚的Si掺杂杂4×1016的n－,InGaAs，InGaAs中In的组组分为0.53。上层层淀积1um厚厚的InP，掺掺杂为2×1018（P＋）。刻蚀蚀阻挡层层采用Si3N4，厚度1um。。Rate.EtchMachine=PEMach\Plasma\Pressure=3.75Tgas=300.0Tion=3000.0Vpdc=32.5Vpac=32.5\Lshdc=0.005Lshac=0.0\Freq=13.56Nparticles=4000\Mgas=40.0Mion=40.0\Constant\Energy.Div=50\Qio=1.7e-19Qcht=2.1e-19#DefinetheplasmaetchparametersforInGaAsRate.EtchMachine=PEMach\Plasma\Material=InGaAs\k.i=1.1k.f=k.d=等离子体刻蚀蚀中可以改变变的参数及默默认值等离子体腔腔及刻蚀气体的物理理特性刻蚀气体的的化学特性性[PRESSURE=<n>]＃＃定义等离离子体刻蚀蚀机反应腔腔的压强[TGAS=<n>]＃＃定义义等离子体体刻蚀机反反应腔中气气体的温度度[TION=<n>]＃＃定义义等离子体体刻蚀机反反应腔中离离子的温度度[VPDC=<n>]＃＃等离子子体外壳的的DC偏压压[VPAC=<n>]＃＃等离离子外壳和和电珠之间间的AC电电压[LSHDC=<n>]＃＃外壳的的平均厚度度[LSHAC=<n>]＃＃外壳壳厚度的AC组成[FREQ=<n>]＃＃AC电流的的频率[NPARTICLES=<n>]＃＃用蒙托托卡诺计算算来自等离离子体的离离子流的颗颗粒数[MGAS=<n>]＃＃气体原子子的原子质质量[MION=<n>]＃＃等离子子体离子的的原子量[(CHILD.LANGM|COLLISION|LINEAR|CONSTANT)]＃计算等等离子体外外壳的电压压降的模型型，默认为为CONSTANT[MAX.IONFLUX=<n>][IONFLUX.THR=<n>][K.I=<n>]＃定义义等离子体体刻蚀速率率的线性系系数[K.F]#定定义化学流流相关的等等离子刻蚀蚀速率[K.D]#定定义淀积流流量相关的的等离子体体刻蚀速率率各参数的意意义：改变刻蚀腔腔压强刻蚀腔压强强越大，刻刻蚀速率变变小、刻蚀蚀效果也变变差。这从离子的的能量－角角度分布中中也可以得得出结论改变气体温温度刻蚀腔中气气体的温度度高时刻蚀蚀剖面要好好，但影响响较小改变离子温温度离子温度低低时刻蚀效效果要好，，但刻蚀速速率几乎不不变改变ac偏偏压AC偏压变变化时，刻刻蚀体现不不出差别改变dc偏偏压DC偏压大大时刻蚀效效果要好，，刻蚀速率率几乎不变变改变等离子子体刻蚀速速率的线性性部分等离子体刻刻蚀速率的的线性系数与刻蚀蚀速率成线线性改变刻蚀腔腔压强时的的刻蚀剖面面改变刻蚀腔腔压强对离离子的能量量－角度分分布的影响响压强较小时时，离子的的方向性要要好各向异性刻刻蚀Section11.3（（重点阅阅读）反应离子刻刻蚀（RIE）ReactiveIonEtch与前面的的等离子刻刻蚀相比，，等离子体体的激励增增大，反应应气体发生生了电子从从原子脱离离出去的正正离子化，，成为离子子和游离基基分子、原原子混在一一起的状态态。先是游游离基分子子、原子被被吸附在待待蚀物上产产生反应产产物，离子子在电场中中加速并向向基片垂直直轰击，加加快反应产产物的脱离离，且在待待蚀物上形形成损伤——吸附活性性点，加快快底部刻蚀蚀速率，实实现各向异异性刻蚀。。Reactive+ionsbombardsurfaceSurfacereactionsofradicals+surfacefilmDesorptionofby-productsAnisotropicetchIsotropicetchSputteredsurfacematerialChemicalEtchingPhysicalEtchingChemicalVersusPhysicalDryPlasmaEtching工艺控制RF功率测测量与控制制真空测量与与控制等离子场测测量与控制制温度测量与与控制工艺条件对对结果的影影响侧壁钝化提提高各向异异性PlasmaionsResistOxidePolymerformationSilicon刻蚀终点——诊断和控控制技术（（简述）终点监视仪仪—等离子子体发射光光谱（0ES）扫描单色光光谱仪残余气体分分析（RGA）/质质谱分析射频和偏置置电压也可可以终点检检测信号检测Measureetchrateat5to9locationsoneachwafer,thencalculateetchuniformityforeachwaferandcomparewafer-to-wafer.Randomlyselect3to5wafersinalot损伤（11.7阅读读）习题：列出出5点以上上干法刻蚀蚀的优点和和3点以上上的工艺注注意事项。。剥离技术：：（11.9)牺牲层缕空空刻蚀热隔离是阵阵列设计的的关键2阵列版版图的设计计1热隔离离结构的设设计与分析析=1.73××10-6（W/K））c引线制制作流程e镂空结结构的实现现d悬臂梁梁图形的制制作（SEM照照片）9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。09:02:1509:02:1509:0212/29/20229:02:15AM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2209:02:1509:02Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。09:02:1509:02:1509:02Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2209:02:1509:02:15December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20229:02:15上午午09:02:1512月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:02上上午午12月月-2209:02December29,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/299:02:1609:02:1629December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。9:02:16上上午9:02上上午09:02:1612月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。09:02:1609:02:1609:0212/29/20229:02:16AM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2209:02:1609:02Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。09:02:1609:02:1609:02Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2209:02:1609:02:16December29,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。29十十二二月20229:02:16上上午09:02:1612月月-2215、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。十二月229:02上午午12月-2209:02December29,202216、少年十五五二十时，，步行夺得得胡马骑。。。2022/12/299:02:1609:02:1629December202217、空山新雨后后，天气晚来来秋。。9:02:16上午9:02上上午09:02:1612月-229、杨柳柳散和和风，，青山山澹吾吾虑。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、阅阅读读一一切切好好书书如如同同和和过过去去最最杰杰出出的的人人谈谈话话。。09:02:1609:02: