4.4光刻与刻蚀工艺.ppt

会出现光刻胶的钻蚀---方向性 腐蚀剂会腐蚀衬底而改变衬底形貌---选择性 lithography Introduction 光刻 刻蚀 湿法刻蚀 干法刻蚀 刻蚀 湿法腐蚀： 湿法化学刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用 优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低 缺点是钻蚀严重、各向同性腐蚀，对图形的控制性较差 在工业生产中一般以3um线宽为界限，小于3um普遍应用干法刻蚀技术。 各向同性和异性 假设hf为下层材料的厚度，l为抗蚀剂底下的侧面钻蚀距离，可以定义各向异性的比值Af为： 其中：t为时间，而Rl和Rv则分别为水平方向与垂直方向腐蚀的速率；对各向同性腐蚀而言，Rl＝Rv，Af＝0；对各向异性腐蚀的极限情况而言，Rl＝0，Af＝1； 湿法刻蚀技术 （1） Wet Etching Silicon （硅刻蚀） 腐蚀液成份：HNO3、HF、CH3COOH（水） 醋酸比水好，可以抑制HNO3的分解 反应方程： Si+HNO3+6HF H2SiF6+HNO3+H2+H2O 混合液成份不同腐蚀速率不同 各向同性腐蚀 Wet Etching Silicon Dioxide （二氧化硅刻蚀） 腐蚀液成份：HF、氟化氨（NH4F）水溶液 反应方程： SiO2+6HF H2+SiF6+2H2O 腐蚀液中加入一定的氟化氨作为缓冲剂 形成的腐蚀液称为BHF，又称作缓冲氧化层腐蚀（buffered-oxide-etch,BOE) 湿法刻蚀技术 （2） 湿法刻蚀技术 （3） Wet Etching Si3N4（氮化硅刻蚀） 腐蚀液成份： 180℃浓度为85％的磷酸溶液 Wet Etching Al（铝刻蚀） 腐蚀液成份: lithography Introduction 光刻 刻蚀 湿法腐蚀 干法刻蚀 溅射与离子束铣（xi）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 等离子刻蚀(Plasma Etching)：利用放电产生的游离基（游离态的原子、分子或原子团）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 反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，简称为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 DRY ETCHING 干法刻蚀 DRY ETCHING 干法刻蚀 干法刻蚀优点： 分辨率高 各向异性腐蚀能力强 某些情况下腐蚀选择比大 均匀性、重复性好 便于连续自动操作 干法刻蚀的应用 Si，Si3N4，SiO2 Poly-Si, 硅化物 Al及其合金 耐熔金属（Mo，W，Ta，Ti） DRY ETCHING 干法刻蚀 湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺的比较？ 干法刻蚀优缺点： 分辨率高 各向异性腐蚀能力强 均匀性、重复性好 便于连续自动操作 成本高，选择比一般较低 湿法刻蚀的优缺点： 成本低廉 选择比高 各向同性 腐蚀速率难以控制 半导体工业的持续成长，是因为可将越来越小的电路图案转移到半导体晶片上。转移图案的两个主要工艺为图形曝光与刻蚀。 目前大部分的图形曝光设备为光学系统，我们讲到了光学图形曝光系统的各种曝光工具、掩膜版、抗蚀剂与洁净室。限制光学图形曝光分辨率的主要原因为衍射。然而由于准分子激光、抗蚀剂化学及分辨率改善技术（如相移掩膜版与光学临近修正）的进步，光学图形曝光至少在130nm“时代”将维持为主流技术。 电子束图形曝光是掩膜版制作和用于探索新器件的纳米工艺的最佳选择，其它图形曝光工艺技术为EUV、X射线图形曝光与离子束图形曝光，虽然这些技术都具有100nm或更高的分辨率，但每一个工艺都有其限制：电子束图形曝光的邻近效应、EUV图形曝光的掩膜版空片制作困难、X射线图形曝光的掩膜版制作复杂、离子束图形曝光的随机空间电荷等。 目前仍无法明确指出，谁才是光学图形曝光的明显继承者。然而，一个混合搭配的方式，可以将每一种图形曝光工艺的特殊优点融合来改善分辨率和提高产率。 湿法腐蚀在半导体工艺中被广泛采用。它特别适用全面性的腐蚀。湿法化学腐蚀被用于图案的转移，然而，掩蔽层下的横向钻蚀现象将导致腐蚀图形的分辨率损失。 干法刻蚀是为了得到较高精确度的图案转移。干法刻蚀和等离子体辅助刻蚀是相同的。 未来刻蚀技术的挑战是：高的刻蚀选择比、更好的临界尺寸控制、低的高宽比相关性与低等离子体导致的损伤。低压、高密度等离子体反应器能满足这些要求。当工艺由200mm发展到300mm，甚至更大的晶片是，晶片上的刻蚀均匀度更需要不断的改进，而更进一步的集成化设计，必须