腐蚀工艺教程

腐蚀工艺教程一、什么是半导体？半导体是介于导体和绝缘体之间的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。

自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。

纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。

但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。

我们分别称之为P（空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。

P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。

PN结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。

在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。

在mos集成电路制造中，选用的是<100>晶向的圆片。

二、什么是集成电路？不同导电类型的半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完成一定的电路功能，就称之为集成电路。

集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。

三、集成电路中的常用薄膜。

多晶硅常用在MOS器件中作为栅电极。

也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线二氧化硅集成电路中使用的二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。

在MOS集成电路中，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。

氮化硅能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。

用低压CVD （LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。

Al-Si-Cu用在集成电路中作为金属互连线。

四、什么是刻蚀集成电路的制造，需要将各种不同的元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同的图形。

把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。

五、什么是等离子体？简而言之，等离子体是指电离的气体，是由电子、离子、原子和分子或自由基团粒子的集合体。

而这些原子和自由基团通常具有很强的化学活性，可以与其它物质反应。

等离子刻蚀就是选用合适的气体，通过低压放电产生等离子体，利用其中的活性原子和自由基团与硅片表面的薄膜反应，生成挥发性产物而被去除掉，从而实现腐蚀的目的。

六、为什么要用等离子刻蚀？集成电路的制造已从LSI（大规模集成电路）发展到了ULSI（甚大规模集成电路）阶段，图形密度越来越高，加工线条越来越细，加工精度的要求也越来越严格。

传统的湿法腐蚀工艺由于存在着横向腐蚀大，条宽损失严重，均匀性差，工艺控制难的缺点，无法实现现代集成电路生产的要求。

现通常只用于无条宽要求的图形腐蚀和大面积薄膜的剥离。

等离子刻蚀，特别是反应离子刻蚀（RIE），均匀性好，横向腐蚀少，可以实现近乎垂直的腐蚀，条宽损失小，工艺重复性好，并且能够实现终点控制，易控制，在现代集成电路的生产中得到广泛应用。

相对传统的湿法腐蚀工艺，等离子刻蚀亦可称为干法腐蚀。

七、腐蚀中的常用术语1、各向同性（isotropic）和各向异性（anisotropic）在刻蚀过程中，除了在垂直方向存在着腐蚀之外，还存在着侧向腐蚀。

当横向腐蚀与侧向腐蚀速率相等时，称为各向同性。

此时，边缘剖面面表现为一个圆弧。

当侧向腐蚀很小，近似为零时称之为各向异性，图形边缘剖面表现为一个垂直的剖面。

我们把各向异性程度定义为A f=1-V1/V，其中V1，和V分别是侧向和直向的刻蚀速率。

2、选择比（selectivity）由于在刻蚀过程中圆片上各点的刻蚀速率是不均匀的，被刻蚀薄膜的厚度也存在着一定的不均匀。

并考虑到圆片表面在加工的过程中会出现一定的高度差。

因此在刻蚀时一定量的过刻蚀是必须的，这意味着圆片上被刻蚀膜的下层薄膜也会被腐蚀，而这层薄膜在集成电路的加工中的损失量有一定的要求（如多晶栅刻蚀时栅氧的损失）。

因此在刻蚀时需要对两层薄膜有选择性。

另外，在腐蚀时作为掩蔽的光刻胶也同时承受着腐蚀，对它的腐蚀也需要选择。

在腐蚀工艺中主腐蚀膜和其它薄膜的刻蚀速率之比称之为选择比。

3、终点控制在等离子刻蚀中常采用发射光谱法对等离子体中刻蚀剂或刻蚀产物的浓度进行检测，判断被腐蚀膜是否基本去除干净，从而对工艺进行控制，这称为终点控制。

4、剖面形貌八、常用湿法腐蚀工艺1、硫酸双氧水去胶说明：去除光刻胶配比：H2SO4：H2O2=3：1温度：140℃流程：1槽5分钟→溢流5分钟→2槽5分钟→冲水10次→甩干2、DHF去二氧化硅说明：HF酸漂去二氧化硅配比：HF：H2O=1：10温度：室温流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干3、氮化硅说明：推阱及场氧后LPSIN的剥离配比：98%磷酸温度：160℃流程：HF酸漂洗30sec→溢流5分钟→磷酸槽60min→溢流5分钟→冲水10次→甩干5、BOE腐蚀二氧化硅说明：非关键尺寸二氧化硅图形窗口的腐蚀配比：BOE温度：室温流程：BOE漂（依须腐蚀二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干注意：由于圆片上带有光刻胶，腐蚀前须热坚膜，条件是120℃30min，若腐蚀时间超过3min，腐蚀前热坚膜120℃30min+150℃15min，每腐蚀1min30sec加烘120℃30min。

6、EKC清洗说明：金属腐蚀及通孔腐蚀干法去胶后的清洗，去除因干法腐蚀而残留在图形边缘的聚合物配比：EKC265/IPA温度：EKC265 65℃IPA 室温流程：EKC槽30min→IPA3min→→冲水10次→甩干九、等离子刻蚀设备及工艺一个简单的等离子刻蚀机包括：气体管路系统，真空系统，反应室，射频及匹配系统，传片系统，终点控制系统。

按反应室结构可将其分为桶型反应腔，平板电容型，六面体电极结构等；按硅片处理方式可分为单片式和批处理式。

1、PRS800——桶型批处理式等离子去胶机，工艺气体为O2，适用工艺有：大束流注入后的干法去胶、金属腐蚀后、孔腐蚀后的干法去胶及一些不适合硫酸双氧水去胶工艺的光刻胶的去除。

操作步骤：1)确认反应室在大气状态，如果反应室不在大气状态，按VENT键，VENT绿灯亮，一分钟后，听见“嗤嗤”声，说明反应室已处于大气状态，按VENT，绿灯熄灭，停止充气。

2)戴上手套，用倒角器理片，大切片向上，根据工艺需要用吸笔将硅片装入石英舟。

3)拉开反应室的门，用叉将舟装入反应室，推上反应室门。

4)设定工艺时间，根据工艺，按Process Time下的白色按钮设定工艺时间，左起第一位为十位，第二位为个位，单位为分。

5)按PUMP键，PUMP绿灯亮，去胶自动进行。

6)刻蚀开始后，观察功率（watts）,流量（Flow sccm），压力（pressure×10-3）是否正常。

7)刻蚀结束后，“VENT”绿灯闪烁。

8)按NENT，向反应室充气，“VENT”绿灯亮。

9)约等1分钟，听到有轻微“嗤嗤”声，说明反应室已到大气状态，按VENT键，停止充气，“VENT”绿灯灭。

10)戴上手套，拉开反应室门，用叉取出石英舟，冷却一会，用吸笔将圆片移回传片架。

11)做干法腐蚀送出片作业。

2、AUTO490——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶和Si3N4的腐蚀。

工艺气体分别为Cl2/He和SF6/He。

操作步骤：1)按STATUS键，屏幕显示STA TUS页，IDIE状态。

2)选择所需工艺*的Recipe Module，插入接口，按LOAD键，显示所需的工艺菜单号。

3)按RECIPE键，查看工艺菜单内容及菜单号。

4)确认工艺菜单后，按STATOS键，返回STATUS页，Idle状态。

5)把整理好的待加工圆片放在左边Index中，右边Index放空片架。

6)按START键，待片子流出片架，按STOP键，进行先行片腐蚀。

7)先行片腐蚀结束后，取出，在显微镜下检查，若无异样，用膜厚仪测剩余SiO2厚度。

8)先行片检查合格片，将片架放回右边Index。

9)按START键，进行批腐蚀。

腐蚀结束后，将圆片移回传片架进行腐蚀，送出作业。

注意：视490设备工作情况，决定先行片腐蚀前是否走些假片。

3、RAINBOW4500I——平板电容型单片腐蚀机，带一各向同性腐蚀腔，用于二氧化硅腐蚀。

操作步骤：1)若设备处于status页，Load and process idle状态画面右上角RCP菜单号是否为所需菜单。

若不是，按LOAD键，输入所需菜单号，按ENT键确认，按SEL键取消。

2)先行片腐蚀：按START键，待片子进入传输系统后，按STOP键。

3)先行片刻蚀结束后，在显微镜下检查圆片，若片子表面图形无异常，进行膜厚仪测试检查，测5点。

4)多晶通孔腐蚀后，划片槽内SiO2<2nm。

5)接触孔各向同性腐蚀后，划片槽内SiO2400~500nm。

6)通孔各向同性腐蚀后，划片槽内SiO2600~700nm。

7)spacer腐蚀后，有源区内SiO2<2nm，场区SiO2>380nm。

8)平坦化腐蚀后，划片槽Al上SiO2厚450-650nm之间。

9)二氧化硅腐蚀后，剩余SiO2厚度由流程单规定。

10)先行片检查合格后，进行批腐蚀，将片架放回出料台，按START键，腐蚀自动进行。

11)批腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行干刻送出作业。

4、AM8330——六面体电极结构型批腐蚀机，用于金属腐蚀。

工艺气体为Cl2/BCl3，辅助气体为CF4/CHF3。

操作步骤：1)当屏幕显示PROCESS：Waiting for operator action.LOADER: Idle.2)按DOOR开门。

3)LOADER显示Waiting for cassette replacement时可进行装片，右边为装片台，左边为出片台，底部为假片片架，一次可装工艺片两批。

4)装好片的后，按DOOR键关门，自动将LOAD反应室压力抽到<5m,此过程约需10分钟。

5)按F5 PROGRAM ，再按F1 RECIPES，用→←↑↓键将光标移到Select A Recipe,按ENTER，检查左上角RECIPE To RUN是否为所需的工艺菜单（一般为METAL1-EPD），若不是所需菜单，将光标移到右边所需菜单名称上，按ENTER，则此菜单被选上。

6)按F5 再按F2 LOAD，将光标移到Select A Sequence上，按ENTER，检查左上角Sequenceto Run是否为所需装片程序（一般用Full-LOAD），若不是所需程序，将光刻移到右边所需程序上，按ENTER，此程序被选。