刻蚀工艺

硅片工艺程
集成电路工艺之
Materials
IC Fab Metallization CMP Dielectric deposition Test
Wafers
刻蚀
Thermal Processes Masks
Implant
Etch PR strip
Packaging
Photolithography Design
Final 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-Well
USG
栅极光刻曝光
Gate Mask
显影/后烘/检验
Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STI
PR Polysilicon USG P-Well

多晶硅刻蚀（1）
Polysilicon
多晶硅刻蚀（2）
Gate Oxide Polysilicon
PR STI P-Well USG STI
PR USG P-Well
去除光刻胶
Gate Oxide Polysilicon
离子注入
Gate Oxide Dopant Ions, As Polysilicon
+
STI P-Well
USG
STI
n+ P-Well
n+
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
STI
n+ P-Well
n+
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 ----------------1
Δd
d1
刻蚀前
Etch Rate =
刻蚀后
Δd
t (/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 N
x=
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: E2
PR BPSG Poly-Si Si Gate SiO2 E2 PR BPSG Poly-Si Si E1

选择比Selectivity
Etch 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 silicon
6000 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。