微电子工艺之刻蚀技术.ppt

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1、第五章刻蚀技术（图形转移）定义：用光刻方法制成的微图形，只给出了电路的行貌并，不是真正的器件结构。因此，需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去，这个工艺叫做刻蚀。VLSI对图形转移的要求：保真度；选择比；均匀性；清洁度。保真度A：A=1－

2、df－dm

3、/2h＝1－Vl/Vv，Vl—侧向腐蚀速率，Vv–纵向腐蚀速率；A=0,各向同性刻蚀;A=1,理想的各向异性刻蚀;1>A>0，实际的各向异性刻蚀第五章刻蚀技术（图形转移）选择比如SiO2的刻蚀中，对光刻胶和硅的腐蚀速率要很低，对SiO2的腐蚀速率要很高。第五章刻蚀技术（图形转移）第五章刻蚀技术（图形

4、转移）均匀性：膜层厚度的不均匀与刻蚀速率的不均匀→图形转移尺寸的不均匀。设：平均膜厚h，厚度变化因子δ，0≤δ≤1；则：最厚处为h（1+δ），最薄处h（1-δ）；设：平均刻蚀速率v，速度变化因子ζ，0≤ζ≤1；则：最大为v(1+ζ)，最小为v(1-ζ)；设：最厚处用最小刻速腐蚀,时间为tM；最薄处用最大刻速腐蚀,时间为tm；则:tM=h(1+δ)/v(1-ζ)，tm=h(1-δ)/v(1+ζ)若腐蚀时间取tm，则厚膜部位未刻蚀尽；腐蚀时间取tM，则部分过刻蚀.第五章刻蚀技术（图形转移）清洁度：腐蚀过程引入的玷污，即影响图形转移的质量，又增加了腐蚀后清洗的

5、复杂性和难度。例如，重金属玷污在接触孔部位，将使结漏电。一、湿法刻蚀定义:利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。步骤：1）反应物扩散到被刻蚀的材料表面；2）反应物与被刻蚀薄膜反应；3）反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液被排出。特点：各相同性腐蚀优点：设备简单，成本低，产量高，具有很好的刻蚀选择比，重复性好。缺点：钻蚀严重，对图形的控制性较差，难于获得精细图形（刻蚀3μm以上线条）。一、湿法刻蚀1.腐蚀SiO2腐蚀剂：HF，SiO2+HF→H2[SiF6]+H2O缓冲剂：NH4F，NH4F→NH3↑+HF

6、常用配方(KPR胶）：HF:NH4F:H2O=3ml:6g:10ml(HF溶液浓度为48％)腐蚀温度：30－40℃，水浴。T太低或太高都易浮胶或钻蚀腐蚀时间：由腐蚀速度和SiO2厚度决定。t太短：腐蚀不干净。t太长：腐蚀液穿透胶膜产生浮胶；边缘侧蚀严重。一、湿法刻蚀2.腐蚀Al①H3PO4:2Al+6H3PO4=2Al(H2PO4)3+3H2↑H2气泡的消除：少量酒精或醋酸；超声波或搅动。②KMnO4:KMnO4+AlNaOHKAlO2+MnO2↓配方：KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml③碱性溶液：2Al+2NaOH+2H2O=2NaA

7、lO2+3H2↑配方：NaOH:H2O:甘油:酒精=5g:8ml:3ml:6ml甘油的作用：减弱NaOH的活泼性。缺点：对胶膜有浸蚀，横向腐蚀严重，Na＋污染。一、湿法刻蚀3.腐蚀Si3N4腐蚀液：热H3PO4，180℃一、湿法刻蚀4.腐蚀Si①HNO3-HF-H2O(HAC)，Si+HNO3+HF→H2[SiF6]+HNO2+H2O+H2②KOH-异丙醇5.腐蚀poly-Si腐蚀液：HF-HNO3-HAC6.腐蚀Au、Pt腐蚀液－王水：HNO3（发烟）:HCl=1:3（体积比）Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O3Pt+4HNO3+12

8、HCl=3PtCl4+4NO+8H2O一、湿法刻蚀7.腐蚀PSG、BPSG氟化胺溶液(HF6%+NH4F30%):冰醋酸=2:18.去胶热硫酸，①SiO2表面a.浓H2SO4煮两遍，去离子水冲净。b.1号液（NH4OH:H2O2:H2O=1:2:5)煮，去离子水冲净。c.（H2SO4:H2O2=3:1)混合液浸泡。一、湿法刻蚀②Al表面a.二甲苯或丙酮浸泡，棉球擦除。b.丙酮中水浴15分钟。c.发烟HNO3浸泡1分钟。（保证Si片表面相当干燥）二、干法刻蚀腐蚀剂：活性气体，如等离子体。特点：各向异性腐蚀强；分辨率高；刻蚀3μm以下线条。1.等离子体刻蚀－

9、化学性刻蚀刻蚀气体：CF4、BCl3、CCl4刻蚀机理：等离子体活性基团与被刻蚀材料发生化学反应。CF4RFCF3*、CF2*、CF*、F*BCl3RFBCl3*、BCl2*、Cl*二、干法刻蚀①刻蚀Si、SiO2、Si3N4刻蚀剂CF4；F*+Si→SiF4↑F*+SiO2→SiF4↑+O2↑CF3*+SiO2→SiF4↑+CO↑+CO2↑Si3N4＋F*→SiF4↑+N2↑②刻蚀Al刻蚀剂：BCl3、CCl4、CHCl3；Cl*+Al→AlCl3↑③刻蚀难熔金属及其硅化物：W,Mo,Cr,WSi2,Au,Pt等刻蚀剂:CF4,SF6,C2Cl2F4二

10、、干法刻蚀二、干法刻蚀④去胶刻蚀剂：O2等离子体刻蚀机理：O2RFO2*、O*O