干法腐蚀工艺培训讲义汇总教材

干法腐蚀工艺培训讲义

目录

第一章基本概念

第二章干法腐蚀基本原理

第三章常用材料的等离子体腐蚀原理与工艺第四章在线干法腐蚀设备结构/原理简介

第五章干法腐蚀工艺中的终点检测

第六章干法去胶

第七章在线腐蚀工艺中常见异常及处理方法

第一章基本概念

1．WHAT IS ETCHED？

A process for removing material in a specified area through chemical

reaction and/or physical bombardment.

2. WHAT WE ETCHED?

1)Dielectric (oxide,nitride,etc.)

2)Silicide (polysilicon and silicide)

3)Silicon(single crystal silicon)

4)Metal(AL.Cu.Si)

3. WHAT IS ETCH RATE?

腐蚀速率是指所定义的膜被去除的速率，单位通常用UM/MIN，A/MIN 来表示。

4.E/R UNIFORMITY

表示一个圆片中不同点腐蚀速率的差别（WITHIN A W AFER）或两个以上圆片片与片之间的腐蚀速率差异（W AFER TO W AFER。）

如：假定一个圆片片内测试了5个点，那就有5个速率值UNIFORMITY=（MAX ETCH RATE—MIN ETCH RATE）/2/（A VERAGE ETCH RATE）*100%

5. SELECTIVITY

是指两种不同膜的腐蚀速率比。选择比反应腐蚀过程中主要被腐蚀膜对另一种膜的影响（光刻胶，衬底等）

6. ISOTROPY---各向同性

腐蚀速率在纵向和横向上相同。

7．ANISOTROPY---各向异性

腐蚀速率在纵向和横向上不一样。

8．CD---（CRITICAL DIMENSIONS）关键尺寸

CD LOSS---条宽损失

9．LOADING---负载效应

MICROLOADING（微负载效应）---不同的孔尺寸或纵深比例对腐蚀速率和选择比的影响。

MACROLOADING（宏负载效应）--不同的暴露面积影响腐蚀速率差异。10．PROFILE ---剖面形貌

第二章干法腐蚀基本原理

干法腐蚀又称等离子腐蚀。根据设备腔体结构的不同，可分为：①圆筒型等离子腐蚀②平行板等离子腐蚀③平行板反应离子腐蚀④反应离子束腐蚀⑤离子束铣腐蚀等。本文主要介绍等离子腐蚀和反应离子腐蚀的基本原理。

一、等离子体腐蚀

等离子腐蚀是依靠高频辉光放电形成的化学活性游离基与被腐蚀材料发生化学反应的一种选择性腐蚀方法。

气体中总存在微量的自由电子，在外电场的作用下，电子加速运动。当电子获得足够的能量后与气体分子发生碰撞，使气体分子电离发出二次电子，二次电子进一步与气体分子发生碰撞电离，产生更多的电子和离子。当电离与复合过程达到平衡时，出现稳定的辉光放电现象，形成稳定的等离子体（PLASMA）。等离子体中包括有电子、离子、还有处于激发态的分子，原子及各种原子团（统称游离基）。游离基具有高度的化学活性，正是游离基与被腐蚀材料的表面发生化学反应，形成挥发性的产物，使材料不断被腐蚀。

等离子腐蚀设备可以分为筒式和平板式两种。

二、反应离子腐蚀

三、平板反应离子腐蚀与平板等离子腐蚀的区别

1．平板等离子腐蚀设备上下极板基本对称、面积相近，等离子边界与接地下平板间的电压降通常较小（近百伏），腐蚀主要是化学反应过程，腐蚀选择性好。RF 加在上极板。[RIE(2)]

2．反应离子腐蚀装置中两个极板的面积不等；硅片放在

射频电源电极阴极上；反应压力更低。平行平板等离子腐蚀装置的压力为13~133Pa；反应离子腐蚀的压力为0.13~13Pa，因此，到达阴极的正离子具有更大的能量与更强的指向阴极的方向性，因而能获得各向异性腐蚀。

干法腐蚀工艺过程中包含6STEPS ：

STEP1：气体进入腔体，在高频电场的作用下，电子/分子碰撞产生反应基

团。

STEP2：反应基扩散到被腐蚀膜的表面。

STEP3：反应基被吸附在表面。

STEP4：发生化学反应。

STEP5：反应生成物解吸附发生。

STEP6：反应生成物扩散到反应残余气体中一起被PUMP 抽走。

第三章常用材料的等离子体腐蚀原理与工艺1．POLY-SI，SI3N4，SIO2 的等离子腐蚀

通常使用含F的腐蚀性气体，如CF4

CF4 CF3+F*

CF3 CF2+F*

CF2 CF+F*

Si+4F* SiF4

SiO2+4F* SiF4 +O2

Si3N4+12F* 3SiF4 +2N2

CFx（x≤3）与SiO2，SiN4 的反应速率比与Si的反应速率快。在CF4中加入少量H2可以使CFx：F*的浓度比增加，从而使SiO2：Si及Si3N4：Si 的腐蚀速率比增大。在CF4中加入少量O2可增加Si，SiO2，Si3N4的腐蚀速率，原因是氧可以抑制F游离基在反应腔壁的损失，还有CF4+O2

…，上式中的COF*寿命较长，当它运动到样品表面时发生下述反应：COF* F*+CO 4F*+Si SiF4

2. AL 的等离子腐蚀

因为ALF3是一种低挥发性物质，因而不能采用CF4作为腐蚀剂，通常用氯化物（SiCL4，BCL3）。通常AL 表面总有一层约3NM的自然氧化层AL2O3，它阻碍了铝的腐蚀，使铝的腐蚀过程变的复杂。在腐蚀铝之前，必须首先去除自然氧化层。AL 腐蚀反应腔必须设计的能防止水气的侵入，因为腐蚀产物ALCL3具有准挥发性和吸水性，挥发不良的ALCL3 可沉积在反应腔壁上，当腔壁暴露在大气中时，ALCL3就吸收大量的水分，再次进行腐蚀时，吸收的水分就挥发并影响腐蚀过程。

在腐蚀AL 的工艺中最长遇到的就是AL 的后腐蚀问题。其原因是在光刻胶中残留有含CL 的反应产物，如与空气中的湿气就形成HCL，使AL 继续被腐蚀。所以一般在腐蚀后立即通入含碳氟化物，以置换CL离子。对于AL 腐蚀以后的去胶工艺时间间隔要求也很严，一般要求不超过2小时。表一：常用材料的腐蚀剂

第四章在线干法腐蚀设备结构/原理简介在腐蚀工艺过程中需要特别考虑的常见事项有：

1．PROFILE

2．CD LOSS