第三章 半导工艺基础.ppt

接触和接近式光刻机 扫描投影式光刻机 70年代末80年代初，现在仍有使用，用来实现1μm的非关键层，采用光学反射或者折射原理将图像投影到晶片上。 使用1：1掩膜版 特点：亚微米尺寸的掩膜版制作困难 非光学曝光（0.1um以下） 电子束曝光 利用低功率密度的电子束照射电致抗蚀剂，经显影后在抗蚀剂中产生图形的一种微细加工技术。 X射线曝光 利用X光抗蚀剂，经显影后在抗蚀剂中产生图形的一种微细加工技术。 离子束曝光 离子束曝光是一种类似于电子束曝光的技术, 它是在聚焦离子束技术基础上将原子被离化后形成的离子束的能量控制在10 keV~200 keV范围内, 再对抗蚀剂进行曝光, 从而获得微细线条的图形。其曝光机理是离子束照射抗蚀剂并在其中沉积能量, 使抗蚀剂起降解或交联反应, 形成良溶胶或非溶凝胶, 再通过显影, 获得溶与非溶的对比图形。 §刻蚀的概念 一、基本概念 刻蚀：去除材料 用化学的或物理的或化学物理结合的方式 有选择的去除（光刻胶开出的窗口） 整体剥离或反刻 被刻蚀的材料：介质 硅 金属 光刻胶 刻蚀 刻蚀工艺： 湿法刻蚀：大尺寸（＞ 3μm尺寸 ） 整体剥离或去除干法刻蚀后的残留物等 干法刻蚀：形成亚微米尺寸 目前用来形成图形主要方法 二、刻蚀参数 刻蚀速率 刻蚀剖面 刻蚀偏差 选择比 均匀性 1.刻蚀速率 刻蚀速率：去除材料的速度 单位：A/min 公式：△T/t 2.刻蚀剖面 刻蚀剖面：刻蚀后图形的侧壁形状 各向同性 各向异性 各向异性对制作亚微米器件很关键 高的各向异性，可以形成88°—89°垂直度的侧壁 各向异性 各向同性 3.刻蚀偏差 刻蚀后线宽或关键尺寸间距的变化 通常是由横向钻蚀引起。 4.选择比 选择比：两种材料刻蚀速率的比 公式：S=Er/Ef 高选择比意味着只刻除想要刻去得那层材料。 高选择比对于确保关键尺寸和剖面控制是必需的，要制造的关键尺寸越小，选择比要求越高 5.均匀性 衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数 保持硅片的均匀性是保证制造性能一致的关键 难点在于在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保持均匀性 §刻蚀工艺 一、湿法刻蚀 液体化学试剂（酸、碱和溶剂等）以化学方式去除硅片表面材料 反应产物必须是易挥发性的或可溶于刻蚀剂的物质，否则会成为沉淀，影响刻蚀的进行 特点： 各向同性 难以精确控制线宽和获得精细图形 安全性 光刻胶脱落 难控制参数 化学试剂处理 高选择性 无离子体损伤 设备简单 方式：浸泡 喷射 应用：通常用于大尺寸刻蚀（＞ 3μm尺寸 ），一般用于整体剥离或去除干法刻蚀后的残留物等 二、干法刻蚀 利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的 特点：横向钻蚀小，无化学废液，分辨率高，细线条，操作安全，简便；处理过程未引入污染；易于实现自动化，表面损伤小。 缺点:成本高,设备复杂。 刻蚀方式： 等离子刻蚀 （在低温等离子体中，除了含有电子和离子外，还含有大量处于激发态的游离基和化学性质活泼的中性原子团。正是利用游离基和中性原子团与被刻蚀材料之间的化学反应，达到刻蚀的目的。对硅基材料刻蚀是用“硅-卤”键代替“硅-硅”键，从而产生挥发性硅卤化合物。 利用放电产生的游离基与材料发生化学反应，形成挥发物，实现刻蚀。选择性好、对衬底损伤较小，但各向异性较差 溅射与离子束刻蚀： 通过高能惰性气体离子的物理轰击作用刻蚀，各向异性性好，但选择性较差 反应离子刻蚀(RIE)： 通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀。具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前，RIE已成为VLSI工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。 化学和物理干法刻蚀机理 刻蚀设备 化学 桶式 下游式 物理 离子束刻蚀 物理和化学 反应离子刻蚀 高密度等离子刻蚀 圆桶式刻蚀系统 化学各向同性刻蚀 高选择比 等离子诱导损伤小 用于硅片表面去胶，氧是去胶的主要刻蚀剂 下游式刻蚀系统 化学各向同性刻蚀 用于去胶或去除非关键层 下游刻蚀的目的是减少或消除等离子体带来的损伤而使硅片曝露在等离子体中的时间最少 离子束刻蚀系统