半导体工艺原理----刻蚀工艺(.5.13)(贵州大学)讲课稿
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半导体工艺之光刻+刻蚀教学文稿
刻蚀：在光刻胶或者阻挡层的掩蔽下，根据需要形成微图形的膜层不同，采 用不同的刻蚀物质和方法在膜层上进行选择性刻蚀。
半导体微纳工艺之-光刻工艺
光刻（lithography）是以一种被称为光刻胶的光敏感聚
合物为主要材料的照相制版技术。集成电路发明至今，
电路集成度提高了六个数量级以上，主要归功于光刻技
术的进步。
2. 喷涂粘附剂（HMDS 六甲基二硅胺）
3. 滴胶+甩胶 滴胶
4. 前烘
5. 装片
6.装掩膜版（光刻板）
6. 装掩膜版（光刻板）
7.对准+曝光
8. 后烘，显影+定影
显影前后
光刻的基本概念
光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为 是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路/器件 结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构 首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外光 透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光 敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。
光学曝光
遮蔽式曝光 投影式曝光
曝光方式
非光学曝光
电子束曝光 X 射线曝光 超紫外光曝光
离子束曝光
半导体微纳工艺之-光刻工艺
光刻工艺的重要性： a. 微/光电子制造需进行多次光刻； b. 耗费总成本的30％； c. 最复杂、最昂贵和最关键的工艺。
准备光刻胶（光刻胶的保存）
低温黑暗条件下保存
1. 准备硅片（清洗）+喷涂粘附剂
导入—光刻和刻蚀
图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和 电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在 衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。
半导体微纳工艺之-光刻工艺
光刻（lithography）是以一种被称为光刻胶的光敏感聚
合物为主要材料的照相制版技术。集成电路发明至今，
电路集成度提高了六个数量级以上，主要归功于光刻技
术的进步。
2. 喷涂粘附剂（HMDS 六甲基二硅胺）
3. 滴胶+甩胶 滴胶
4. 前烘
5. 装片
6.装掩膜版（光刻板）
6. 装掩膜版（光刻板）
7.对准+曝光
8. 后烘，显影+定影
显影前后
光刻的基本概念
光刻的本质：光刻处于硅片加工过程的中心，光刻常被认为 是IC制造中最关键的步骤。光刻的本质就是把临时电路/器件 结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。这些结构 首先以图形的形式制作在名为掩膜版的石英膜版上。紫外光 透过掩膜版把图形转移到硅片表面的光敏薄膜上。即使用光 敏光刻胶材料和可控制的曝光在硅片表面形成三维图形。
光学曝光
遮蔽式曝光 投影式曝光
曝光方式
非光学曝光
电子束曝光 X 射线曝光 超紫外光曝光
离子束曝光
半导体微纳工艺之-光刻工艺
光刻工艺的重要性： a. 微/光电子制造需进行多次光刻； b. 耗费总成本的30％； c. 最复杂、最昂贵和最关键的工艺。
准备光刻胶（光刻胶的保存）
低温黑暗条件下保存
1. 准备硅片（清洗）+喷涂粘附剂
导入—光刻和刻蚀
图形转移(pattern transfer)是微电子工艺的重要基础，其作用是使器件和 电路的设计从图纸或工作站转移到基片上得以实现，我们可以把它看作是一个在 衬底上建立三维图形的过程，包括光刻和刻蚀两个步骤。
半导体器件半导体工艺介绍光刻幻灯片PPT
光 刻 掩 膜 板
岛
正胶
透光区域 不透光区域
空洞
负胶
光刻掩膜版 :// sicsis /te_product_d/2007-11-30/5.chtml
常用的是旋转法，它又分为旋转板式和自转式
胶膜的厚度由转速和胶的浓度来调解。旋 转板式涂胶法的缺点是胶膜厚度不够均匀， 多余的胶飞溅易沾污衬底。采用自转式涂 胶法能较好地抑制上述缺点。
• 光刻是一种复印图形与化学腐蚀相结合的综 合性技术。它将光刻版上的图形准确地复印 在涂有感光胶的基片上。然后利用光刻胶的 保护作用，对基片进展选择性腐蚀，从而在 基片上得到与光刻版相应的图样。
光刻步骤：
1、基片前处理 2、涂胶
以SiO2 做掩膜为例
3、前烘-软烘焙
4、对准-曝光
5、显影-清洗
6、后烘(坚膜、硬烘焙) 1、去油：甲苯、丙酮、乙醇
4、曝光
▪ 曝光是指用汞灯紫外光对已涂敷光刻胶 膜的底片进展选择性曝光。经过光照的 胶膜发生光化学反映，改变了这局部胶 膜在显影液中的溶解度；显影后，光刻 胶膜就呈现出与掩膜板相对应的图形。
可采用的曝光的方法包括：接触曝光法、 投影曝光法、电子束曝光法、离子束曝光 法和X射线曝光法等；
曝光时间过短，胶感光缺乏， 光刻胶的光化学反映不充分， 光刻胶的抗蚀性能就会降低， 显影时局部胶会溶解；曝光时 间过长，会使光刻胶不感光局 部的边缘微弱感光，产生“光 晕〞现象，腐蚀后边界模糊或 出现皱纹，使分辩率降低。
3、前烘—软烘焙
▪ 前烘就是将涂好胶的样品进展加热处理。前烘的目 的是促使胶膜体内的溶剂局部挥发，使胶膜枯燥， 以增加胶膜与衬底的粘附性和胶膜的耐磨性。在曝 光对准时，胶膜与掩膜版不易擦伤、磨损和沾污， 同时，只有在胶膜枯燥后曝光，化学反响才能充分 进展。
半导体工艺原理----刻蚀工艺(2013.5.13)(贵州大学)
⑥ 腐蚀液配方不当，腐蚀能力太强。
⑦ 掩模版透光区存在灰尘或黑斑，曝光时局部胶膜末曝光，显影时 被溶解，腐蚀后产生 针孔。
第三十九页，共41页。
针孔
① 氧化硅薄膜表面有外来颗粒，使得涂胶时胶膜与基片表面未充分 沾润，留有未覆盖的小区域，腐蚀时产生针孔。
② 光刻胶中含有固体颗粒，影响曝光效果，显影时剥落，腐蚀时产生 针孔。
但Si-N键的键结强度介于Si-O和Si- Si之间，因此，刻蚀速度
以SiO2为最快， Si3N4其次，多晶硅最慢。 如以CHF3的等离子体作为刻蚀气体， SiO2/Si的选择性在10
以上，Si3N4/Si的选择性在3-5， SiO2/ Si3N4的选择性在
2-4 。
第三十二页，共41页。
（3）多晶硅化物（Polysilicon）的刻蚀
金属，可以采用CF4、SF6、Cl2、HCl2等都可以用来 作为硅化金属的RIE的反应气体。
对多晶硅的刻蚀采用氟化物将导致等方向性的刻蚀，而 Polycide 的刻蚀必须采用各向异性，因此采用氯化物
较好，有 Si, HCL2, SiCl4等。
第三十四页，共41页。
(4)铝及铝合金的刻蚀
铝和铝合金是现在半导体制造过程中普遍采用的导体材 料，铝合金主要采用铝-硅铜合金（防止尖刺和电迁 移），来作为半导体元件的导电层材料。
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。
第三十页，共41页。
（1）二氧化硅的刻蚀
采用的气体为C2 4F SiF4 2O SiO2 2CF2 SiF4 2CO
增加等离子体中的氧含量，将导致Si/SiO2的选择性变差。增
⑦ 掩模版透光区存在灰尘或黑斑，曝光时局部胶膜末曝光，显影时 被溶解，腐蚀后产生 针孔。
第三十九页，共41页。
针孔
① 氧化硅薄膜表面有外来颗粒，使得涂胶时胶膜与基片表面未充分 沾润，留有未覆盖的小区域，腐蚀时产生针孔。
② 光刻胶中含有固体颗粒，影响曝光效果，显影时剥落，腐蚀时产生 针孔。
但Si-N键的键结强度介于Si-O和Si- Si之间，因此，刻蚀速度
以SiO2为最快， Si3N4其次，多晶硅最慢。 如以CHF3的等离子体作为刻蚀气体， SiO2/Si的选择性在10
以上，Si3N4/Si的选择性在3-5， SiO2/ Si3N4的选择性在
2-4 。
第三十二页，共41页。
（3）多晶硅化物（Polysilicon）的刻蚀
金属，可以采用CF4、SF6、Cl2、HCl2等都可以用来 作为硅化金属的RIE的反应气体。
对多晶硅的刻蚀采用氟化物将导致等方向性的刻蚀，而 Polycide 的刻蚀必须采用各向异性，因此采用氯化物
较好，有 Si, HCL2, SiCl4等。
第三十四页，共41页。
(4)铝及铝合金的刻蚀
铝和铝合金是现在半导体制造过程中普遍采用的导体材 料，铝合金主要采用铝-硅铜合金（防止尖刺和电迁 移），来作为半导体元件的导电层材料。
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。
第三十页，共41页。
（1）二氧化硅的刻蚀
采用的气体为C2 4F SiF4 2O SiO2 2CF2 SiF4 2CO
增加等离子体中的氧含量，将导致Si/SiO2的选择性变差。增
集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺讲课文档
还可以将脱水烘焙与HMDS的气相涂布结合起来进行。硅片首先在容器里经过 100-200℃的脱水烘焙，然后直接进行气相涂布。由于避免了与大气的接触，硅片吸附
水分子的机会将会降低，涂布HMDS的效果将会更加理想。
第六页，共111页。
涂胶
把硅片放在一个平整的金属托盘上，有小孔与真空管相连，硅片就被吸在托盘上 ，硅片与托盘一起旋转。
上可以得到的最细线宽，因而最高的分辨率
Rmax
1 2L
p h
第十九页，共111页。
光子曝光的最高的分辨率
不同的粒子束，因其能量、动量不同，则ΔL亦不同。对于光子 L 2
通常把上式看作是光2还要细的线条。
其物理图像是，光的波动性所显现的衍射效应限制了线宽≥ λ/2 。因此最高
线宽与线条间距相等的情况下，R定义为
R 1 (mm1) 2L
线条越细，分辨率越高。 光刻的分辨率受到光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。这里我们只从物
理角度对分辨率进行探讨。
光刻中所用的曝光光源是光、电子、离子和X射线等各种粒子束。从量子物 理的角度看，限制分辨率的因素是衍射。
第十八页，共111页。
正胶的感光区在显影时溶掉，没有感光的 区域在显影时不溶解，因此形成的光刻胶图 形是掩模版图形的正影像。
负胶的情况与正胶相反，经过显影后光刻胶层 上形成的是掩模版的负性图形。
正胶的分辨率比负胶高。
第二十三页，共111页。
、对比度
为了测量光刻胶的对比度，将一定厚度的光刻胶膜在不同的辐照剂量下曝 光，然后测量显影之后剩余光刻胶的膜厚，利用得到的光刻胶膜厚-曝光剂量
以正胶为例，部分区域的光刻胶受到的曝光剂量小 于Dc而大于Do，在显影过程中只有部分溶解。因此经过
水分子的机会将会降低，涂布HMDS的效果将会更加理想。
第六页，共111页。
涂胶
把硅片放在一个平整的金属托盘上，有小孔与真空管相连，硅片就被吸在托盘上 ，硅片与托盘一起旋转。
上可以得到的最细线宽，因而最高的分辨率
Rmax
1 2L
p h
第十九页，共111页。
光子曝光的最高的分辨率
不同的粒子束，因其能量、动量不同，则ΔL亦不同。对于光子 L 2
通常把上式看作是光2还要细的线条。
其物理图像是，光的波动性所显现的衍射效应限制了线宽≥ λ/2 。因此最高
线宽与线条间距相等的情况下，R定义为
R 1 (mm1) 2L
线条越细，分辨率越高。 光刻的分辨率受到光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。这里我们只从物
理角度对分辨率进行探讨。
光刻中所用的曝光光源是光、电子、离子和X射线等各种粒子束。从量子物 理的角度看，限制分辨率的因素是衍射。
第十八页，共111页。
正胶的感光区在显影时溶掉，没有感光的 区域在显影时不溶解，因此形成的光刻胶图 形是掩模版图形的正影像。
负胶的情况与正胶相反，经过显影后光刻胶层 上形成的是掩模版的负性图形。
正胶的分辨率比负胶高。
第二十三页，共111页。
、对比度
为了测量光刻胶的对比度，将一定厚度的光刻胶膜在不同的辐照剂量下曝 光，然后测量显影之后剩余光刻胶的膜厚，利用得到的光刻胶膜厚-曝光剂量
以正胶为例，部分区域的光刻胶受到的曝光剂量小 于Dc而大于Do，在显影过程中只有部分溶解。因此经过
半导体制造工艺刻蚀
成本压力
随着半导体制造工艺的不 断升级，刻蚀技术的成本 也在不断攀升，需要寻找 更经济可行的解决方案。
环保问题
刻蚀过程中会产生废气、 废液等污染物，对环境造 成一定影响，需要加强环 保处理措施。
未来发展方向与趋势
纳米级刻蚀技术
未来刻蚀技术将向纳米级 发展，进一步提高刻和精度，未来将 得到更广泛的应用。
溅射刻蚀原理
物理过程
溅射刻蚀利用高能粒子轰击被刻蚀材料 表面，使表面原子或分子获得足够能量
后以高速溅射出来。
优点
溅射刻蚀具有高刻蚀速率和低损伤特 点。
化学过程
溅射过程中，被刻蚀材料表面原子或 分子与气体反应气体发生化学反应， 生成挥发性物质。
缺点
溅射刻蚀过程中可能会对材料表面造 成损伤，且难以实现高选择性和高分 辨率刻蚀。
04
刻蚀技术应用
微电子领域应用
微电子领域是刻蚀技术应用最广泛的领域之一。在制造集成电路、微处理器、晶 体管等元器件时，刻蚀技术用于形成电路、隔离区域和电极接触等结构。
刻蚀技术能够精确控制材料的去除过程，实现高精度、高效率的加工，从而提高 电子元器件的性能和可靠性。
纳米科技领域应用
随着纳米科技的不断发展，刻蚀技术也在这一领域发挥着 重要作用。在制造纳米材料、纳米器件和纳米结构时，刻 蚀技术用于形成纳米级别的图案和结构。
其他领域应用
除了上述领域外，刻蚀技术还广泛应 用于太阳能电池、生物医学工程、航 空航天等领域。在这些领域中，刻蚀 技术用于制造特定结构和功能的元件 ，提高产品的性能和可靠性。
VS
随着技术的不断进步和应用领域的拓 展，刻蚀技术的应用前景将更加广阔 。
05
刻蚀技术发展前景与挑战
半导体工艺原理---集成电路制造工艺介绍(贵州大学)
BiCMOS
BiCMOS工艺主要分类
一）双极型工艺
1、元器件结构 电阻：
外延层电阻剖面图
基区电阻剖面图
发射区电阻剖面图
基区沟道电阻剖面图
电容
PN结电容剖面图
MOS电容剖面图
二极管
CB结二极管剖面图
EB结二极管剖面图
表面齐纳二极管剖面
次表面齐纳二极管剖面图
肖特基二极管剖面图
带基极保护环的 肖特基二极管剖面图
双极工艺主要分类
●标准CMOS工艺（数字电路的主流工艺 技术）特点：互补的NMOS、PMOS，工 艺流程简单，集成度高
CMOS
●模拟CMOS工艺（应用最广泛的模拟IC 工艺）特点：在标准CMOS的基础上集成 高品质的无源器件，此外对阈值电压精度 和耐压的要求更高 ●RF CMOS（RF IC） 特点：依靠缩小光刻尺寸提高MOS晶体管 的速度，集成模拟IC所必需的高品质无源 器件
N+ active注入（Nplus —Pplus反版）
（ 硅栅自对准）
P-Sub
淀积BPSG，光刻接触孔(contact)，回流
P-Sub
蒸镀金属1，反刻金属1（metal1)
P-Sub
绝缘介质淀积，平整化，光刻通孔(via)
P-Sub
蒸镀金属2，反刻金属2（metal2)
P+掺杂多晶硅（SiGe HBT外基区）
场氧 PMOS管 NBL
NSINK
NMOS管
PBL
淀积一层SiO2，作为MOS管栅保护层 SiGe 基区窗口光刻，刻蚀SiO2/多晶硅/SiO2
SiGe HBT基区窗口
场氧 PMOS管
NSINK
NMOS管
半导体工艺技术PPT课件
半导体工艺技术
精选ppt课件最新
1
目录
第一章：半导体产业介绍 第二章：器件的制造步骤 第三章：晶圆制备 第四章：芯片制造 第五章：污染控制 第六章：工艺良品率
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2
第一章 半导体产业介绍
概述
微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金 管）问世，50年代中期出现了硅平面工艺，此工 艺不仅成为硅晶体管的基本制造工艺，也使得将 多个分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路 成为可能，随着制造工艺水平的不断成熟，使微 电子从单只晶体管发展到今天的ULSI。
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11
第二章 器件的制造步骤
半导体器件制造分4个不同阶段： 1.材料准备 2.晶体生长与晶圆准备 3.芯片制造 4.封装
材料 准备
晶体生 长与晶 圆准备
晶圆 制造
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封装
12
第一步 材料准备
第二步晶体生长与晶圆准备
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13
第三步 芯片制造
制造
电性测试 （芯片分捡）
尺寸和数量是IC发展的两个共同目标。
芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，将此定义 为制造复杂性水平的标准。
通常用微米来表示。一微米为1/10000厘米。
Gordon Moore在1964年预言IC的密度每隔18～24 个月将翻一番，------摩尔定律。
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8
一个尺寸相同的芯片上，所容纳的晶体管数量， 因制程技术的提升，每18个月到两年晶体管数量会 加倍，IC性能也提升1倍。现以1961年至2006年 期间半导体技术的发展为例加以说明，IC电路线宽由 25微米减至65纳米，晶圆直径由1英寸增为12英寸， 每一芯片上由6个晶体管增为80亿个晶体管， DRAM密度增加为4G位，晶体管年销售量由1000 万个增加到10的18次方至19次方个，但晶体管平均 售价却大幅下降10的9次方倍。
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第一章：半导体产业介绍 第二章：器件的制造步骤 第三章：晶圆制备 第四章：芯片制造 第五章：污染控制 第六章：工艺良品率
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第一章 半导体产业介绍
概述
微电子从40年代末的第一只晶体管（Ge合金 管）问世，50年代中期出现了硅平面工艺，此工 艺不仅成为硅晶体管的基本制造工艺，也使得将 多个分立晶体管制造在同在一硅片上的集成电路 成为可能，随着制造工艺水平的不断成熟，使微 电子从单只晶体管发展到今天的ULSI。
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第二章 器件的制造步骤
半导体器件制造分4个不同阶段： 1.材料准备 2.晶体生长与晶圆准备 3.芯片制造 4.封装
材料 准备
晶体生 长与晶 圆准备
晶圆 制造
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12
第一步 材料准备
第二步晶体生长与晶圆准备
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13
第三步 芯片制造
制造
电性测试 （芯片分捡）
尺寸和数量是IC发展的两个共同目标。
芯片上的物理尺寸特征称为特征尺寸，将此定义 为制造复杂性水平的标准。
通常用微米来表示。一微米为1/10000厘米。
Gordon Moore在1964年预言IC的密度每隔18～24 个月将翻一番，------摩尔定律。
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8
一个尺寸相同的芯片上，所容纳的晶体管数量， 因制程技术的提升，每18个月到两年晶体管数量会 加倍，IC性能也提升1倍。现以1961年至2006年 期间半导体技术的发展为例加以说明，IC电路线宽由 25微米减至65纳米，晶圆直径由1英寸增为12英寸， 每一芯片上由6个晶体管增为80亿个晶体管， DRAM密度增加为4G位，晶体管年销售量由1000 万个增加到10的18次方至19次方个，但晶体管平均 售价却大幅下降10的9次方倍。
刻蚀工艺介绍ppt
2023
刻蚀工艺介绍ppt
contents
目录
刻蚀工艺简介刻蚀工艺分类刻蚀工艺流程刻蚀工艺参数优化刻蚀设备及厂商刻蚀工艺发展方向
刻蚀工艺简介
01
刻蚀工艺是指利用化学或物理方法有选择性地去除材料表面上的部分物质，以达到制备特定形状和尺寸的目的。
刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀两种，其中干法刻蚀主要利用等离子体或激光等高能粒子进行表面处理，而湿法刻蚀则主要利用化学试剂对材料表面进行腐蚀。
设备名称
溅射刻蚀机（Sputtering Etcher）
设备名称
等离子刻蚀机（Plasma Etcher）
功能描述
溅射刻蚀机利用高能粒子撞击靶材表面，使靶材表面的粒子撞击待刻蚀材料表面，从而实现刻蚀。
主要设备及功能描述
各厂商设备特点比较
厂商A
设备稳定性好，售后服务有保障，但价格较高。
厂商B
设备性价比高，但技术支持能力较弱。
03
利用氢氧化钠对硅、二氧化硅等材料进行刻蚀。氢氧化钠具有强碱性，能够与硅、二氧化硅等材料发生化学反应，将目标材料去除。
利用化学溶液对材料进行刻蚀。在湿法刻蚀过程中，目标材料与化学溶液发生化学反应，将目标材料去除。
湿法刻蚀
利用等离子体、激光或其他光源对材料进行刻蚀。在干法刻蚀过程中，中性粒子或离子与目标材料发生碰撞，通过物理作用将目标材料去除。
控制曝光能量
曝光
选择合适的显影液
选择合适的显影液，以将曝光后的光刻胶溶解去除，从而形成所需的图案。
控制显影时间和温度
控制显影液的使用时间和温度，以避免显影过度或不足，影响刻蚀的质量和精度。
显影
去除未曝光的光刻胶
通过化学试剂或物理方法将未曝光的光刻胶去除，以暴露出硅片表面需要刻蚀的区域。
《刻蚀间工艺培训》PPT课件
下水刀
Rinse 1
可整理ppt
18
上水刀 碱洗槽采用5%KOH溶液喷淋，上下各
两道水刀冲洗硅片两面后，风刀吹去硅
上水刀 片上面残液。
风刀
Alkaline rinse
可整理ppt
19
碱槽溶液流向图（槽截面）
喷淋头
硅片运行平面
F 槽内液面 过滤器
槽壁
冷却水流动方向 泵
碱液流动方向
可整理ppt
高于溢流口的溶液 从溢流管排掉
在低HF高HNO3浓度区，这个区域里的HNO3过剩，腐 蚀速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力，鉴于刚腐 蚀的表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层（30---50Å）， 所以这类腐蚀剂是“自钝化”的。该区内，腐蚀速率主 要受络和物扩散而被除去的速率所限制，所以对晶体的 结晶学取向不敏感，是真正的抛光腐蚀。
刻蚀液 完全吸
附
刻蚀槽硅片流入 吸附刻蚀液原理
2051141 橡胶圈
正常
2052934 橡胶圈
较小
可整理ppt
15
此为生产mono125-150硅片时图片 硅片刻蚀 后，边缘 水印为反 应生成的 水
硅片刚进 入刻蚀槽
刻蚀槽前后硅 片状态比较
可整理ppt
16
刻蚀槽影响刻蚀效果的因素
一、抽风:抽风在很大程度上会影响到刻蚀槽液面波动，而刻蚀 槽任何的液面波动，对在液面上运行的硅片都有很大影响；
在低HNO3及高HF浓度区，生成SiO2的能 力弱而去除SiO2的能力强，反应过程受 HNO3氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于 等HNO3浓度线 。
在低HF高HNO3浓度区，生成SiO2的能力 强而去除SiO2的能力弱，反应过程受HF反 应控制，所以腐蚀线平行于HF浓度线。
Rinse 1
可整理ppt
18
上水刀 碱洗槽采用5%KOH溶液喷淋，上下各
两道水刀冲洗硅片两面后，风刀吹去硅
上水刀 片上面残液。
风刀
Alkaline rinse
可整理ppt
19
碱槽溶液流向图（槽截面）
喷淋头
硅片运行平面
F 槽内液面 过滤器
槽壁
冷却水流动方向 泵
碱液流动方向
可整理ppt
高于溢流口的溶液 从溢流管排掉
在低HF高HNO3浓度区，这个区域里的HNO3过剩，腐 蚀速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力，鉴于刚腐 蚀的表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层（30---50Å）， 所以这类腐蚀剂是“自钝化”的。该区内，腐蚀速率主 要受络和物扩散而被除去的速率所限制，所以对晶体的 结晶学取向不敏感，是真正的抛光腐蚀。
刻蚀液 完全吸
附
刻蚀槽硅片流入 吸附刻蚀液原理
2051141 橡胶圈
正常
2052934 橡胶圈
较小
可整理ppt
15
此为生产mono125-150硅片时图片 硅片刻蚀 后，边缘 水印为反 应生成的 水
硅片刚进 入刻蚀槽
刻蚀槽前后硅 片状态比较
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16
刻蚀槽影响刻蚀效果的因素
一、抽风:抽风在很大程度上会影响到刻蚀槽液面波动，而刻蚀 槽任何的液面波动，对在液面上运行的硅片都有很大影响；
在低HNO3及高HF浓度区，生成SiO2的能 力弱而去除SiO2的能力强，反应过程受 HNO3氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于 等HNO3浓度线 。
在低HF高HNO3浓度区，生成SiO2的能力 强而去除SiO2的能力弱，反应过程受HF反 应控制，所以腐蚀线平行于HF浓度线。
半导体工艺原理--半导体工艺原理(贵州大学)
1、半导体制造技术：（Semiconductor Manufacturing
Technology ）Michael Quirk,Julian Serda著，韩郑生译。
2、半导体器件工艺原理：黄汉尧，李乃平著。 3、/reports.html
Chapter 1 Introduction
摩尔定律(Moore’s Law)
原始定义： 集成芯片上集成度每18~24个月翻一番； 广义意义： 集成芯片的集成度、功能复杂度和性能都按指数速 率改进。
• 意义
晶体管的发明是电子技术历史 上具有划时代意义的伟大事件， 它开创了一个新的时代—固体 电子技术时代。奠定了现代电 子技术的基础，揭开了微电子 技术和信息化的序幕，开创了 人类的硅文明时代。
• 第二代电子计算机：晶体管计算机
发明人：贝尔实验室（1954.5.24） TRADIC：800只晶体管
• 1963: Densities and yields are improving. • This circuit has four flip flops.
• 集成电路的优势
体积小、重量轻、功耗低；可集成大量的元件，成本低；
可靠性高
• 意义
集成电路的发明开拓了电子器件微型化的新纪元，引领 人们走进信息化社会。它的诞生使微处理器的出现成为 可能，也使计算机走进人们生产生活的各个领域。它给 人类社会的发展带来了巨大的影响和推动作用，为现代 信息技术奠定了基础。
Method of Manufacturing Semiconductor Devices: Patent #: 3,025,589
• 晶体管的优越性
1、寿命是电子管的100～1000倍，电子管容易老化；
2、质量稳定、耐冲击、耐振动，电子管易碎；
Technology ）Michael Quirk,Julian Serda著，韩郑生译。
2、半导体器件工艺原理：黄汉尧，李乃平著。 3、/reports.html
Chapter 1 Introduction
摩尔定律(Moore’s Law)
原始定义： 集成芯片上集成度每18~24个月翻一番； 广义意义： 集成芯片的集成度、功能复杂度和性能都按指数速 率改进。
• 意义
晶体管的发明是电子技术历史 上具有划时代意义的伟大事件， 它开创了一个新的时代—固体 电子技术时代。奠定了现代电 子技术的基础，揭开了微电子 技术和信息化的序幕，开创了 人类的硅文明时代。
• 第二代电子计算机：晶体管计算机
发明人：贝尔实验室（1954.5.24） TRADIC：800只晶体管
• 1963: Densities and yields are improving. • This circuit has four flip flops.
• 集成电路的优势
体积小、重量轻、功耗低；可集成大量的元件，成本低；
可靠性高
• 意义
集成电路的发明开拓了电子器件微型化的新纪元，引领 人们走进信息化社会。它的诞生使微处理器的出现成为 可能，也使计算机走进人们生产生活的各个领域。它给 人类社会的发展带来了巨大的影响和推动作用，为现代 信息技术奠定了基础。
Method of Manufacturing Semiconductor Devices: Patent #: 3,025,589
• 晶体管的优越性
1、寿命是电子管的100～1000倍，电子管容易老化；
2、质量稳定、耐冲击、耐振动，电子管易碎；
半导体材料制备工艺中的刻蚀原理
半导体材料制备工艺中的刻蚀原理半导体制造是现代电子工业中的重要分支之一，而半导体制造过程中最关键的一步就是刻蚀。
刻蚀是指将半导体材料表面的一部分物质除去的加工技术，其目的是在半导体材料的表面形成特定形状的结构，并精确地控制其尺寸和形状，以实现半导体元件的制造。
本文将重点介绍半导体材料制备工艺中的刻蚀原理。
一、刻蚀的分类刻蚀可分为物理刻蚀和化学刻蚀两种。
物理刻蚀是利用物理作用去除半导体表层物质的过程，如金属离子聚焦束刻蚀、反应离子束刻蚀、等离子体刻蚀等；而化学刻蚀则是利用化学反应去除半导体表层物质的过程，如湿法刻蚀、干法刻蚀等。
其中湿法刻蚀是半导体制造的基础工艺之一，而干法刻蚀则被广泛应用于制造高密度的、微观结构复杂的半导体材料。
二、湿法刻蚀原理湿法刻蚀是一种化学刻蚀方法，通俗来说就是利用溶液中的化学成分和外界的刺激物质对半导体表面进行刻蚀。
常用的湿法刻蚀方法有自催化刻蚀法、掩膜刻蚀法、电化学刻蚀法等。
自催化刻蚀法是将半导体材料浸泡在含有化学成分的溶液中，并在溶液中加入一定量的电解质，每一微观结构之间的电势差越大，对应的物质离子在反应中的速度就越快。
在该法中，当半导体表层的一部分被刻蚀后，其剩余部分的电势差就会改变，因而这部分表层会对后续的刻蚀产生加速作用，容易导致过刻蚀。
这种自我加速的刻蚀过程，就是自催化刻蚀法。
掩膜刻蚀法则是将某些部位的半导体表面涂上掩膜，然后将未被掩膜覆盖的部分进行刻蚀，从而在半导体表面形成特定的结构。
掩模的选择很重要，因为掩模必须比半导体材料更耐刻蚀，而同时却不能对待刻蚀的半导体材料产生伤害。
通常，二氧化硅是最常用的掩膜材料，而在某些特殊情况下，可以选择金属、氮化硅、氧化铝等。
电化学刻蚀法则是利用电化学反应法将选定的半导体材料表面进行刻蚀。
在电化学刻蚀过程中产生的刻蚀速度与带电离子的浓度成正比，因而可以根据需要精确地控制刻蚀速度和深度。
电化学刻蚀是微电子工业中最常用的刻蚀方法之一。
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刻蚀选择比
刻蚀选择比是指同种腐蚀液对不同材料刻蚀速率的比 值。
举例
BOE对高饱和正硅酸乙酯磷硅酸玻璃的刻蚀速率是 6000 Å/min, 硅的刻蚀速率是 30 Å/min。
刻蚀均匀性
圆片上和圆片间的重复性 标准偏差不均匀性
最大最小均匀性
刻蚀剖面
刻蚀剖面
刻蚀技术分类：
温法腐蚀：进行腐蚀的化学物质是溶液； 干法腐蚀(一般称为刻蚀)：进行刻蚀的化学物质是气体。
用于IC制造中薄膜的典型或代表性等离子体气体
材料 多晶硅
单晶硅 SiO2
Si3N4
Al W Ti TiN TiSi2 光刻胶
刻蚀剂 SF6,CF4
CF4/H2，CHF3
CF4/O2 HBr,Cl2,Cl2/HBr/O2 与多晶硅的刻蚀剂相同 SF6,NF3,CF4/O2,CF4
CF4/H2,CHF3/O2,C2F6,C3F8 CHF3/C4F8,CO CF/4O2 CF4/H2 CHF3/O2,CH2F2 Cl2 Cl2/CHCl3, Cl2/N2 CF4,SF6 Cl2 Cl2,Cl2/CHCl3,CF4 Cl2,Cl2/CHCl3,CF4 Cl2,Cl2/CHCl3,CF4/O2 O2
Ion Implantation
Rapid Thermal Annealing
刻蚀术语
刻蚀速率 选择比 刻蚀均匀性 刻蚀剖面 湿法刻蚀 干法刻蚀 RIE：反应离子刻蚀
刻蚀速率（Etch Rate）
d = d0 - d1 (Å) ，腐蚀前后厚度的变化量， t 腐蚀时间
(min)，以BOE对高饱和正硅酸乙酯磷硅酸玻璃（ PETEOS PSG ）薄膜为例，腐蚀时间： 1 minute ，温度： 22 °C,d0 = 1.7 mm, d1 = 1.1 mm，则
材料 SiO2
腐蚀剂 HF(水含49％)，纯HF
NHF4:HF(6:1),缓冲HF或BOE
注释
对硅有选择性，对硅腐蚀速率很慢，腐蚀速率依 赖于膜的密度，掺杂等因素
是纯HF腐蚀速率的1/20，腐蚀速率依赖于膜的密 度，掺杂等因素，不像纯HF那样使胶剥离
Si3N4
Al 多晶硅 单晶硅
Ti TiN TiSi2 光刻胶
需要刻蚀的物质：SiO2 、Si3N4、Polysilicon和铝合金及
Si
要求：图形的保真度高、选择比好、均匀性好、清洁。
刻蚀工艺流程
刻蚀的基本概念 选择性的去除硅片上薄膜的工艺。 选择性：分为整片全部去除和部分去除； 去除：分为干法刻蚀和湿法刻蚀； 薄膜：介电质层、金属层、多晶层、光刻胶等薄膜。
二氧化硅的腐蚀速率与温度的关系
氮化硅腐蚀
对于厚度为1-2μm 的较薄氮化硅膜，可以用HF缓冲液 进行腐蚀。
对于厚度较厚的氮化硅膜，再放入180℃的热磷酸中继 续刻蚀图形窗口内的Si3N4膜。
铝的腐蚀
目前常用的腐蚀液有磷酸及高锰酸钾腐蚀液 磷酸与铝的反应式
高锰酸钾腐蚀液的配方为：
高锰酸钾与铝的反应式
硅或多晶硅的刻蚀
硅的刻蚀通常用硝酸和氢氟酸的混合液 硝酸其氧化作用将硅氧化成二氧化硅，同时氢氟酸将生成
的二氧化硅去掉； 用去离子水冲洗掉刻蚀剂和反应生成物。
干法刻蚀：主要指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。 ➢ 优点：各项异性好，可以高保真的转移光刻图形； ➢ 主要有溅射与离子束铣蚀、等离子刻蚀、反应离子 刻蚀等。
半导体工艺原理----刻蚀工艺 (2013.5.13)(贵州大学)
刻蚀工艺
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。通常是用光刻工 艺形成的光刻胶作掩模对下层材料进行腐蚀，去掉不要的 部分，保留需要的部分。
栅掩膜对准 Gate Mask Alignment
栅掩膜曝光 Gate Mask Exposure
Development/Hard Bake/Inspection
Etch Polysilicon刻蚀多晶硅
Etch Polysilicon 继续
Strip Photoresist 剥去光刻胶
简要介绍 各向同性或接近各向同性（有严重钻蚀）；对SiO2很少或没有选择性 非常各向异性，对SiO2没有选择性 各向同性或接近各向同性，对SiO2有选择性 非常各向异性，对SiO2选择性很高
接近各向同性（有严重钻蚀）；增大离子能量或降低气压能够改进各向 同性程度；对硅很少或没有选择性
湿法刻蚀：利用液态化学试剂或溶液通过化学反 应进行刻蚀的方法，用在线条较大的IC(≥3μm)；
优点：选择性好；重复性好；生产效率高；设备简单； 成本低；
缺点：钻蚀严重；各向同性，对图形控制性差，并且要 使用大量有毒与腐蚀的化学药品。
广泛应用在半导体工艺中：磨片、抛光、清洗、腐蚀；
IC工艺中常用材料的化学腐蚀剂
HF(49%)
腐蚀速率主要依赖于薄膜密度，膜中O,H的含量
HPO:HO(沸点：130-150℃)
对二氧化硅有选择性，需要氧化物掩膜。
H3PO4:H2O:HNO3:CH3COOH(16:2:1: 对硅，氧化硅和光刻胶有选择性 1)
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
对TiSi2有选择性 对TiSi2有选择性 适用于不含金属的硅片
适用于含金属的硅片
湿法刻蚀剖面
SiO2 的腐蚀
SiO24HFSiF42H2O SiF42HFH2(SiF6)
氟化铵在SiO2 腐蚀液中起缓冲剂的作用。这种加有氟化铵 的氢氟酸溶液，习惯上称为HF缓冲液。 常用的配方为：
HF:NH4F:H2O = 3ml:6g:10ml
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
KOH:HO:IPA(23wt%KOH,13wt%IPA) 对于晶向有选择性，相应腐蚀速率（100）： （111）＝100：1
NH4OH:H2O2:H2O(1:1:5)
NH4OH:H2O2:H2O(1:1:5) NH4F：HF(6:1) H2SO4:H2O2(125℃) 有机剥离液