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