硅片工艺程集成电路工艺之MaterialsIC Fab Metallization CMP Dielectric deposition TestWafers刻蚀Thermal Processes MasksImplantEtch PR stripPackagingPhotolithography DesignFinal Test刻蚀1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺刻蚀的定义 基于光刻技术的腐蚀：刻蚀 湿法称腐蚀？干法称刻蚀？ 将光刻胶上的IC设计图形转移到硅片 表面 腐蚀未被光刻胶覆盖的硅片表面，实 现最终的图形转移 化学的，物的或者两者的结合栅极光刻对准栅极光刻掩膜光刻胶 多晶硅STI P-WellUSG栅极光刻曝光Gate Mask显影/后烘/检验Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STIPR Polysilicon USG P-Well多晶硅刻蚀（1）Polysilicon多晶硅刻蚀（2）Gate Oxide PolysiliconPR STI P-Well USG STIPR USG P-Well去除光刻胶Gate Oxide Polysilicon离子注入Gate Oxide Dopant Ions, As Polysilicon+STI P-WellUSGSTIn+ P-Welln+USG Source/Drain快速热退火Gate Oxide Polysilicon Gate 刻蚀术语Etch rate 刻蚀速 Selectivity选择比 Etch uniformity均匀性 Etch profile侧墙轮 Wet etch湿法刻蚀 Dry etch干法刻蚀 Endpoint 终点检测STIn+ P-Welln+USG Source/Drain刻蚀速率刻蚀速是指单位时间内硅片表面被刻蚀的材 去除d0刻蚀速率刻蚀后膜厚的变化 刻蚀速 = 刻蚀时间 PE-TEOS PSG 膜,在 22 °C 6:1 BOE 中湿刻1分钟, 刻蚀前, d = 1.7 μm, 刻蚀后, d = 1.1 μm 17000-11000 ----------------1Δdd1刻蚀前Etch Rate =刻蚀后Δdt (/min)Δd = d0 - d1 () 是材膜厚的变化， t 刻蚀时间 (分)ER == 6000 /min均匀性 刻蚀的均匀性是衡刻蚀工艺 在硅片内和硅 片间的可重复性 刻蚀本身的均匀性和材膜厚的均匀性 特征尺寸的负载效应（loading effect) 通常用标准偏差来定义 同的定义给出同的结果非均匀性标准偏差测N 点σ=( x1 x ) 2 + ( x2 x ) 2 + ( x3 x ) 2 + + ( x N x ) 2 Nx=x1 + x 2 + x3 + + x N N非均匀性表达式刻蚀的非均匀性（NU）可由下 面的公式计算(称为Max-Min uniformity, 适用于超净厂房的作业)NU(%) = (Emax - Emin)/ 2Eave Emax = 测量到的最大刻蚀速率 Emin = 测量到的最小刻蚀速率 Eave = 刻蚀速率平均值选择比 Selectivity 选择比是同的材的刻蚀速的比值 在有图形的刻蚀中是非常重要的 对下层材质和光刻胶的选择性 E1 S= BPSG 对 Poly-Si的选择比: E2PR BPSG Poly-Si Si Gate SiO2 E2 PR BPSG Poly-Si Si E1选择比SelectivityEtch rate 1 Selectivity = Etch rate 2 对于PE-TEOS PSG 膜刻蚀速是 6000 /min, 对于硅的刻蚀速是30 /min, PSG 对 silicon6000 Selectivity = ----------------30刻蚀1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺= 200: 1湿法刻蚀 化学溶液溶解硅片表面的材质 刻蚀后产品是气体，液体或是可溶解在刻 蚀溶液中的材质。
三个基本步骤：腐蚀，清洗，干燥。
蚀刻剂浸泡 去离子水清洗 旋转甩干湿法刻蚀－2 纯化学性工艺，各向同性的侧壁形貌，高选 择比 在特征尺寸大于3微米时曾被广泛应用于IC制 造业。
目前已被干法（等离子）刻蚀取代。
仍被应用在先进的IC厂– 硅片的清洗 – 无图形的薄膜去除，如氮化硅和钛的去除。
– 测试硅片的薄膜去除和清洗。
– 应用于 CVD膜质的控制 (缓冲氧化层刻蚀剂或 BOE)二氧化硅的湿法刻蚀 氢氟酸溶液 (HF)，极高的选择比。
通常用缓冲剂或去离子水稀释减少刻蚀速 SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O 广泛的应用于 CVD长膜质控制 BOE: Buffered oxide etch缓冲氧化层腐蚀液 NH4F (6Vol 40%) : HF(1Vol 49wt%) BSG > CVDSiO2 > 热SiO2 > PSG？硅或多晶硅的湿法刻蚀 硅刻蚀通常使用混合的硝酸 (HNO3) 和氢 氟酸(HF)。
HNO3氧化硅的同时，氢氟酸移去氧化硅。
去离子水或乙酸可作为稀释剂，低刻蚀 速。
Si + 2HNO3 + 6HF → H2SiF6 + 2HNO2 + 2H2O腐蚀速强依赖掺杂浓以及腐蚀液配比氮化硅的湿法刻蚀 热 (150 to 200 °C) 磷酸 H3PO4溶液。
对硅、二氧化硅有高选 择比。
应用于 LOCOS 和 STI 氮化硅去除。
Si3N4 + 4 H3PO4 → Si3(PO4)4 + 4NH3铝的湿法刻蚀 80% 磷酸, 5% 乙酸, 5% 硝酸, 和 10 % 水 加热溶液 (42 to 45°C) 硝酸使铝氧化， 同时磷酸移除被氧化的 铝。
. 乙酸减低硝酸的氧化速。
钛的湿法刻蚀 1:1 双氧水 (H2O2) 和酸 (H2SO4) 混 合溶液。
H2O2将钛氧化成 TiO2 H2SO4 和 TiO2 反应同时移除它 H2O2将硅和硅化物氧化 成 SiO2 H2SO4 和 SiO2反应n+ nTi自对准钛硅化物的形成Ti TiSi2Polysilicon gatePolysilicon gateTiSi2TiSi2 Polysilicon gateTiSi2Gate oxidenn+nn+Gate oxidenn+n+n-Gate oxidenn+钛淀积硅化物退火湿法去除钛化学溶液的危险性 HF 、H3PO3、HNO3 侵蚀、氧化、特殊的危害 HF ： 即使接触也会感觉到 损伤骨头，中和钙 剧疼痛 要心存侥幸. 视IC工厂中所有 未知的溶液为HF.湿法刻蚀的优缺点 高选择比。
相对宜的 设备。
批处，高 产出。
各向同性的形貌 能形成3微米以下的图形 化学剂用大 化学剂的危害性刻蚀1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺干法刻蚀 主要为等离子体刻蚀 等离子体中含有高活性自由基和离子 自由基具有强的氧化性 离子具有一定的动能 仅用活性自由基的纯化学刻蚀：PE 同时化学和物反应：RIE 目前大部分图形刻蚀都采用RIEEtch Bias Etch Profile Etch rate Selectivity Equipment cost Throughput Chemical usage干湿法刻蚀的比较Wet Etch Unacceptable for < 3μm Isotropic High High Low High (batch) High Dry Etch Minimum Anisotropic to isotropic, controllable Acceptable, controllable Acceptable, controllable High Acceptable, controllable Low干法刻蚀的三种方式化学 (PE，用活性自由基) 物(IBE，用赋能离子) 化学＋物(RIE，同时用 活性自由基和离子) 化学方式纯化学反应 反应产物是气体 高选择比 各向同性的形貌 如:– 干法去胶 – LOCOS 和STI 的氮化硅去除物理方式 物反应：从表面移走材 惰性离子如Ar+轰击表面进溅射 等离子体工艺 各向异性形貌 低选择比 如:– 氩溅射刻蚀 物理/化学混合方式 （反应离子刻蚀 (RIE) ）结合物和化学的刻蚀 等离子体：离子轰击加上自由基反应 名字的误导, 应该称为离子辅助刻蚀 (IAE) 高速可控的刻蚀速 各向异性可控的形貌 好的可控的选择比 在8英寸厂所有的图形刻蚀都使用RIE工艺。
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