第 章 干法刻蚀
第10章 干法刻蚀
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反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB)：经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。 • FIB的离子源主要有液态金属离子源(LMIS，常选用金属 Ga)和电场电离型气体离子源(FI，常选用H2、He、Ne等) 两大类。
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反应离子束刻蚀
• 大束径离子束刻蚀：束径10~20 cm，效率高，质量均匀。 常用大束径离子束设备有两种：
9
刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的；能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。 • 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀：通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产 生的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程；刻蚀精度： 亚微米。 湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层 材料的工艺过程；刻蚀精度刻蚀参数:
• • • • • • •
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干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀 侧壁剖面 各向同性 示意图
各向同性(与设备和参数有关)
各向异性 (与设备和参数有关) 干法刻蚀 各向异性– 锥形
硅槽
湿法刻蚀是各向同性腐蚀， 不能实现图形的精确转移， 一般用于特征尺寸较大的 情况（≥3μｍ） 。
干法刻蚀有各向同性腐蚀，也 有各向异性腐蚀。各向异性腐 蚀能实现图形的精确转移，是 集成电路刻蚀工艺的主流技术。
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等离子体刻蚀
• 圆桶式等离子体刻蚀机
刻蚀系统的射频电场平行于硅片表面，不存在反应离子轰击， 只有化学作用（仅在激发原子或活性气氛中进行刻蚀）。
第二章干法刻蚀的介绍
第二章干法刻蚀的介绍2. 1刻蚀、干法刻蚀和湿法腐蚀2. 1 .1关于刻蚀刻蚀，是指用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。
刻蚀的基本目的，是在涂胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形[1]。
刻蚀，通常是在光刻工艺之后进行。
我们通常通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在硅片上。
从这一角度而言，刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。
在通常的刻蚀过程中，有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护硅片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。
2.1.2干法刻蚀与湿法刻蚀在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。
干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应，刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法[1]。
该工艺技术的突出优点在于，可以获得极其精确的特征图形。
超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成极其精确的图形转移。
任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。
由于干法刻蚀技术在图形轶移上的突出表现，己成为亚微米尺寸下器件刻蚀的最主要工艺方法。
在特征图形的制作上，已基本取代了湿法腐蚀技术。
对于湿法腐蚀，就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。
当然，在通过湿法腐蚀获得特征图形时，也要通过经光刻开出的掩膜层窗口，腐蚀掉露出的表面材料。
但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言，在形成特征图形方面，湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。
由于这一特点，湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。
但由于它的高选择比和批量制作模式，湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒等工艺步骤中。
2. 2干法刻蚀的原理2. 2. 1干法刻蚀中的等离子体干法刻蚀工艺是利用气体中阴阳粒子解离后的等离子体来进行刻蚀的。
第10章-干法刻蚀
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气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢ 浅层注入，损伤小； ➢ 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢ 侧向溅射，利于表面平坦化； ➢ 表面清洁效率高。
29
微机械加工
30
干法刻蚀用离子源的开发
干法刻蚀用离子源的要求：
31
干法刻蚀设备实例
ICP高密度等离子刻蚀膜系统-中科院上海微系统所
32
习题
• 试比较干法刻蚀和湿法刻蚀的优缺点 • 比较物理干法刻蚀和化学干法刻蚀的机制
33
T
Si 基板
光刻胶 被刻蚀材料
5
刻蚀参数
2. 刻蚀剖面
• 刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。 • 两种基本的刻蚀剖面: 各向同性和各向异性刻蚀剖面
Isotropic etch - etches in all directions at the same rate
Resist
Film Substrate 湿法各向同性化学腐蚀
Resist
Film
Undercut
Overetch
Resist Film
Substrate (a)
Substrate
(b)
7
刻蚀参数
4. 选择比
• 选择比是指在同一刻蚀条件下，刻蚀一种材料对另一种材料的刻 蚀速率之比。高选择比则意味着只刻除想要除去的材料，而对其 他部分不刻蚀。
• SiO2对光刻胶的选择比 ＝ (ΔTsio2/t1)/(ΔT胶/t1) ＝ ΔTsio2/ΔT胶
Anisotropic etch - etches in only one direction Resist
Film Substrate 具有垂直刻蚀剖面的各向异性刻蚀
第10章干法刻蚀
第10章干法刻蚀
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反应离子束刻蚀
• 大束径离子束刻蚀：束径10~20 cm，效率高，质量均匀。 常用大束径离子束设备有两种：
Kaufman型：热阴极、
ECR型：冷阴极
磁控管阳极组合放电
放电ECR离子源
第10章干法刻蚀
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气体离化团束加工技术
• 材料表面改性技术的发展要求轰击离子注入到靶材表面的深度在 数纳米范围内，而低能离子束很难实现这一要求。
• 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由组成原子共享，平均每个 原子的入射能量约在10 eV以下。因而，在碰撞过程中，团束原 子的整体运动使得团束仅对靶材表面的前几个原子层产生轰击效 应。
30 kV的气体离化团束设备图
第10章干法刻蚀
28
气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢ 浅层注入，损伤小； ➢ 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢ 侧向溅射，利于表面平坦化； ➢ 表面清洁效率高。
第10章干法刻蚀
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干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数 刻蚀机理 侧壁剖面
物理刻蚀 RF场垂直片面 物理离子溅射
各向异性
化学刻蚀 物理和化学刻蚀 RF场平行片面 RF场垂直片面
活性元素 化学反应
离子溅射和活性 元素化学反应
各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
慢
高（5：1 ～100：1）
适中
线宽控制
好
非常差
很好
第10章干法刻蚀
16
干法刻蚀的过程
硅片的等离子体刻蚀过程图
第10章干法刻蚀
第八讲：干法刻蚀
第八讲：干法刻蚀微机电系统制程Microfabrication technology 第八讲：干法刻蚀乔大勇谢建兵马志波课程内容一一光刻干法刻蚀等离子基础反应离子刻蚀深度反应离子刻蚀干法刻蚀为什么要进行干法刻蚀腐蚀参数腐蚀偏差腐蚀图形刻蚀速率选择性设备价格产率化学试剂使用湿法腐蚀 >3微米同性或异性高，可控高，不可控低高（可批量化）大量干法刻蚀非常小可控可接受，可控可接受，可控高可接受少量干法刻蚀为什么要进行干法刻蚀两类腐蚀方法的比较腐蚀类别腐蚀材料 Silicon 湿法腐蚀 Silicon Nirtide Silicon Oxide Al Silicon, Polysilicon 干法刻蚀Silicon Nitride Silicon Oxide Al 腐蚀试剂KOH, TMAH,EDP H3PO4 HF H3PO4 SF6 CF4 CHF3 Cl2干法刻蚀干法刻蚀包括：光子束刻蚀、中子刻蚀和等离子刻蚀等多种形式。
在半导体技术中，等离子刻蚀是干法刻蚀中最常用的技术。
等离子体采用射频技术产生，以SF6为例，其中包括中性粒子、电子(e)、活性自由基(F)、带正电的粒子(SF5+)和带负电的离子(F-)。
其中带正电离子的作用是在暗区电场的加速作用下，实现对目标的物理轰击，而活性自由基的作用则是吸附在目标表面上并与目标材料发生化学反应生成挥发性产物。
物理轰击能够促进化学反应的进行，并通过溅射去除淀积在目标表面的反应副产物。
等离子基础宇宙中90％物质处于等离子体态，闪电和极光是自然界重的等离子体。
所有的恒星，都是高温等离子体的聚合。
所有生命也起源于等离子体状态。
等离子基础等离子体-产生等离子基础等离子体-产生等离子基础等离子体-产生SheatheAr eAr e-gasAr+ Ar+ Ar+-V+ RF 13.56MHz, 1000W等离子基础等离子体-产生跃迁Excitation(激发）e + A → A* + e对于CF4，激发需要4.0eV的能量。
干法刻蚀.
最小的光刻胶脱落或粘附问题
刻蚀速率＝ΔT/t（Å /min)
Bias：凹切量或侧蚀宽度
好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性
等离子体刻蚀又称为激发反应气体刻蚀，属于化学刻蚀，各向同性。
② 自由基和反应原子或原子团的化学性质非常活泼，它们构成了等离子体的反应元素，自由基、反应原子或原子团与被刻蚀的材料进
行化学反应形成了等离子体刻蚀。
• 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由组成原子共享，平均每个 原子的入射能量约在10 eV以下。因而，在碰撞过程中，团束原 子的整体运动使得团束仅对靶材表面的前几个原子层产生轰击效 应。
30 kV的气体离化团束设备图
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气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢ 浅层注入，损伤小； ➢ 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢ 侧向溅射，利于表面平坦化； ➢ 表面清洁效率高。
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刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的；能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。
• 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
化学反应
元素化学反应
各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
慢
高（5：1 ～100：1）
适中
线宽控制
好
非常差
很好
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干法刻蚀的过程
RIE: 物理刻蚀+化学刻蚀
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
干法刻蚀.
11Biblioteka 法刻蚀• 干法刻蚀的优点（与湿法刻蚀比） 1. 刻蚀剖面各向异性，非常好的侧壁剖面控制 2.最小的光刻胶脱落或粘附问题 3. 好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性 4. 化学品使用费用低
• 干法刻蚀的缺点（与湿法刻蚀比） 1. 对下层材料的刻蚀选择比较差 2. 等离子体诱导损伤 3. 设备昂贵
的目的。它是在硅片上复制图形的最后主要图形转移工艺。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀 ✓干法刻蚀：通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产生
的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程；刻蚀精度：亚 微米。 ✓湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层材 料的工艺过程；刻蚀精度：大于3微米。
3
刻蚀参数
相关刻蚀参数: • 刻蚀速率 • 刻蚀剖面 • 刻蚀偏差 • 选择比 • 均匀性 • 聚合物 • 等离子体诱导损伤
4
刻蚀参数
1. 刻蚀速率
• 刻蚀速率是指刻蚀过程中去除硅片表面不需要的材料的速度。 刻蚀速率＝ΔT/t（Å/min) 其中，ΔT=去掉的材料厚度（Å或μm） t=刻蚀所用时间（min）
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反应离子刻蚀
➢ RIE （Reactive Ion Etch）机理
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离 子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原 子团组成。
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射频电源电极 （称为阴极）的面积小于接地电极（称为阳极）的面积时，在系统 的电源电极上产生一个较大的自偏置电场。
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干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数 刻蚀机理 侧壁剖面
物理刻蚀 RF场垂直片面 物理离子溅射
干法刻蚀ppt课件
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
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刻蚀参数
相关刻蚀参数: • 刻蚀速率 • 刻蚀剖面 • 刻蚀偏差 • 选择比 • 均匀性 • 聚合物 • 等离子体诱导损伤
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刻蚀参数
1. 刻蚀速率
• 刻蚀速率是指刻蚀过程中去除硅片表面不需要的材料的速度。 刻蚀速率＝ΔT/t（Å/min)
其中，ΔT=去掉的材料厚度（Å或μm） t=刻蚀所用时间（min）
• 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
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刻蚀参数
7. 等离子体诱导损伤 等离子体诱导损伤有两种情况：
• 等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷引起薄栅氧化 硅的击穿。
• 带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表面上的氧化层 进行轰击，使器件性能退化。
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反应离子刻蚀
RIE （Reactive Ion Etch）机理
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离 子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原 子团组成。
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射频电源电极 （称为阴极）的面积小于接地电极（称为阳极）的面积时，在系统 的电源电极上产生一个较大的自偏置电场。
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反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB)：经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。
干法刻蚀技术的应用与发展
干法刻蚀技术的应用与发展摘要在半导体生产中，干法刻蚀是最主要的用来去除表面材料的刻蚀方法。
而干法刻蚀是一个惯称，它指的是在低气压下雨等离子体有关的腐蚀方法。
经过二十多年的发展，经历了多样化的发展过程，使技术不断完善和创新。
一定程度上，干法刻蚀的水平决定了集成电路器件性能和生产规模。
本课程设计主要讨论半导体制造工艺中非常重要的步骤---刻蚀，详细描述了干法刻蚀的物理方法和化学方法以及基本原理，重点讲述干法刻蚀技术在半导体制造工艺中的应用和未来的发展。
关键词：半导体制造，刻蚀，干法刻蚀，金属刻蚀目录摘要 (2)目录 (3)第1章绪论 (4)第2章干法刻蚀的机制和原理 (6)2.1刻蚀工艺 (6)2.2刻蚀作用 (6)2.2.1物理刻蚀 (7)2.1.2化学刻蚀 (8)第3章干法刻蚀的应用 (10)3.1介质的干法刻蚀 (10)3.1.1氧化物 (11)3.1.2氮化物 (12)3.2硅的干法刻蚀 (12)3.2.1多晶硅栅刻蚀 (12)3.2.2单晶硅的刻蚀 (13)3.3金属的干法刻蚀 (13)3.3.1铝和金属复合层 (13)3.3.2钨 (14)第4章干法刻蚀设备的构成和主要性能指标 (15)4.1.干法刻蚀设备的概述 (15)4.2.干法刻蚀工艺流程 (16)4.3.设备的主要的组成部分 (16)4.4.干法刻蚀设备的主要性能指标 (17)总结与展望 (19)参考文献 (20)致 (21)第1章绪论在微电子学领域中，自1948年发明晶体管，随后出现集成电路，直到整个六十年代的二十年里，半导体器件光刻工艺中对各种材料均采用不同的实际进行腐蚀，惯称湿法腐蚀。
然而，当器件集成度进入中规模。
结构尺寸小于十微米时，惯用的湿法腐蚀由于毛细现象和各向同性的腐蚀性就难以保证精度和重复性，迫切需要寻找新的技术途径。
虽然人们早已认识到原子核游离基具有远强于分子的化学活性，但一直没有应用到对固体材料的腐蚀技术上。
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刻蚀参数
7. 等离子体诱导损伤 等离子体诱导损伤有两种情况： • 等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷引起薄栅氧化
硅的击穿。 • 带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表面上的氧化层
③等离子体中的反应正离子在自偏置电场中加速得到能量轰击样片表 面，这种离子轰击不仅对样片表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀， 而且提高了表面层自由基和反应原子或原子团的化学活性，加速与 样片的化学反应。
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
第十章 干法刻蚀
1
刻蚀概述
刻蚀的概念: 用化学或物理的方法有选择地去除不需要的材料的工艺过程称
为刻蚀。由于硅可以作为几乎所有集成电路和半导体器件的 基板材料，所以本章主要讨论在硅基板表面的刻蚀过程。 刻蚀示意图：
2
刻蚀概述
刻蚀的工艺目的: 把光刻胶图形精确地转移到硅片上，最后达到复制掩膜版图形
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干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数 刻蚀机理 侧壁剖面
物理刻蚀 RF场垂直片面 物理离子溅射
各向异性
化学刻蚀 物理和化学刻蚀
RF场平行片面 RF场垂直片面
活性元素 离子溅射和活性
化学反应元素化学反应Fra bibliotek各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
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干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀
侧壁剖面 各向同性
示意图
各向同性(与设备和参数有关)
干法刻蚀
各向异性 (与设备和参数有关) 各向异性– 锥形
硅槽
湿法刻蚀是各向同性腐蚀， 干法刻蚀有各向同性腐蚀，也
不能实现图形的精确转移， 有各向异性腐蚀。各向异性腐
一般用于特征尺寸较大的
蚀能实现图形的精确转移，是
Resist
Film
Undercut
Overetch
Resist Film
Substrate (a)
Substrate
(b)
7
刻蚀参数
4. 选择比
• 选择比是指在同一刻蚀条件下，刻蚀一种材料对另一种材料的刻 蚀速率之比。高选择比则意味着只刻除想要除去的材料，而对其 他部分不刻蚀。
• SiO2对光刻胶的选择比 ＝ (ΔTsio2/t1)/(ΔT胶/t1) ＝ ΔTsio2/ΔT胶
进行轰击，使器件性能退化。
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干法刻蚀
• 干法刻蚀的优点（与湿法刻蚀比） 1. 刻蚀剖面各向异性，非常好的侧壁剖面控制 2.最小的光刻胶脱落或粘附问题 3. 好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性 4. 化学品使用费用低
• 干法刻蚀的缺点（与湿法刻蚀比） 1. 对下层材料的刻蚀选择比较差 2. 等离子体诱导损伤 3. 设备昂贵
Kaufman型：热阴极、 磁控管阳极组合放电
ECR型：冷阴极
放电ECR离子源
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气体离化团束加工技术
• 材料表面改性技术的发展要求轰击离子注入到靶材表面的深度在 数纳米范围内，而低能离子束很难实现这一要求。
• 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由组成原子共享，平均每个 原子的入射能量约在10 eV以下。因而，在碰撞过程中，团束原 子的整体运动使得团束仅对靶材表面的前几个原子层产生轰击效 应。
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反应离子刻蚀
• RIE: 物理刻蚀+化学刻蚀
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反应离子刻蚀
• 高密度等离子体刻蚀
• 在先进的集成电路制造技术中，传统的RIE系统不能满足0.25 微米 以下尺寸高深宽比图形的刻蚀要求，于是发展了高密度等离子体 RIE系统。
• 高密度等离子体用于干法刻蚀的特征：
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反应离子刻蚀
普通RIE及高密度等RIE系统比较：
慢
高（5：1 ～100：1）
适中
线宽控制
好
非常差
很好
16
干法刻蚀的过程
硅片的等离子体刻蚀过程图 17
干法刻蚀的终点检查
终点检测的常用方法：光发射谱法 机理：在等离子体刻蚀中，活性基团与被刻蚀材料反应的同时， 基团被激发并发出特定波长的光，利用带波长过滤器的探测器，探 测等离子体中的反应基团发光强度的变化来检测刻蚀过程是否结束。
24
反应离子束刻蚀
• 定义：将离子以束状聚集以进行刻蚀加工的技术即为离 子束刻蚀。离子由非活性气体产生，仅通过溅射进行物 理刻蚀的方式为溅射离子束刻蚀。当被离子束照射的位 置存在活性气体时，化学反应同时发生的方式为反应离 子束刻蚀（RIBE-Reactive Ion Beam Etching）。
• RIBE 的一个重要参数是离子束直径。目前，可聚焦到最 细的离子束直径为0.04 m, 宽束离子束直径可达200 mm以 上。
T
Si 基板
光刻胶 被刻蚀材料
5
刻蚀参数
2. 刻蚀剖面
• 刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。 • 两种基本的刻蚀剖面: 各向同性和各向异性刻蚀剖面
Isotropic etch - etches in all directions at the same rate
Resist
Film Substrate 湿法各向同性化学腐蚀
（a）0时刻
（b）t1时刻
8
刻蚀参数
5. 均匀性 • 刻蚀均匀性是指刻蚀速率在整个硅片或整批硅片上的一致性
情况。非均匀性刻蚀会产生额外的过刻蚀。 • 微负载效应：Aspect Ratio Dependence Etching
9
刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的；能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。
Anisotropic etch - etches in only one direction Resist
Film Substrate 具有垂直刻蚀剖面的各向异性刻蚀
6
刻蚀参数
3. 刻蚀偏差
• 刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸的变化。 刻蚀偏差＝Wa－Wb
Bias：凹切量或侧蚀宽度
Wb
Wa
Bias
30 kV的气体离化团束设备图
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气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢浅层注入，损伤小； ➢高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢侧向溅射，利于表面平坦化； ➢表面清洁效率高。
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微机械加工
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干法刻蚀用离子源的开发
干法刻蚀用离子源的要求：
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干法刻蚀设备实例
ICP高密度等离子刻蚀膜系统-中科院上海微系统所
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等离子体刻蚀
➢ 等离子体刻蚀机理
① 进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等 离子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或 原子团组成。
② 自由基和反应原子或原子团的化学性质非常活泼，它们构成了等 离子体的反应元素，自由基、反应原子或原子团与被刻蚀的材料进 行化学反应形成了等离子体刻蚀。
• 等离子体干法刻蚀系统的基本部件包括：发生刻蚀反应的反应室、 一个产生等离子体的射频电源、气体流量控制系统、去除刻蚀生成 物和气体的真空系统。
• 等离子体刻蚀又称为激发反应气体刻蚀，属于化学刻蚀，各向同性。
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等离子体刻蚀
• 圆桶式等离子体刻蚀机
刻蚀系统的射频电场平行于硅片表面，不存在反应离子轰击，只有 化学作用（仅在激发原子或活性气氛中进行刻蚀）。
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反应离子刻蚀
➢ RIE （Reactive Ion Etch）机理
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离 子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原 子团组成。
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射频电源电极 （称为阴极）的面积小于接地电极（称为阳极）的面积时，在系统 的电源电极上产生一个较大的自偏置电场。
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习题
• 试比较干法刻蚀和湿法刻蚀的优缺点 • 比较物理干法刻蚀和化学干法刻蚀的机制
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的目的。它是在硅片上复制图形的最后主要图形转移工艺。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀 ✓干法刻蚀：通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产生
的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程；刻蚀精度：亚 微米。 ✓湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层材 料的工艺过程；刻蚀精度：大于3微米。
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刻蚀参数
25
反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB)：经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。
• FIB的离子源主要有液态金属离子源(LMIS，常选用金属 Ga)和电场电离型气体离子源(FI，常选用H2、He、Ne等) 两大类。
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反应离子束刻蚀
• 大束径离子束刻蚀：束径10~20 cm，效率高，质量均匀。 常用大束径离子束设备有两种：
情况（≥3μｍ） 。
集成电路刻蚀工艺的主流技术。
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干法刻蚀的机制
物理刻蚀：利用离子碰撞被刻蚀表面的溅射效应而实现材料去 除的过程。
化学刻蚀：通过激活的刻蚀气体与被刻蚀材料的化学作用，产 生挥发性化合物而实现刻蚀。
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干法刻蚀的机制
物理化学刻蚀：通过等离子体中的离子或活性基与被刻蚀材料间 的相互作用实现刻蚀。
相关刻蚀参数: • 刻蚀速率 • 刻蚀剖面 • 刻蚀偏差 • 选择比 • 均匀性 • 聚合物 • 等离子体诱导损伤
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刻蚀参数
1. 刻蚀速率