半导体刻蚀(ppt文档)
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干法刻蚀根据被刻蚀的材料类型来 分类。按材料来分，刻蚀主要分成三种： 金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。
1. 介质刻蚀是用于介质材料的刻 蚀，如二氧化硅。
2. 硅刻蚀（包括多晶硅）应用于 需要去除硅的场合，如刻蚀多晶硅晶 体管栅和硅槽电容。
3. 金属刻蚀主要是在金属层上去 掉铝合金复合层，制作出互连线。
刻蚀可以分成有图形刻蚀和无图形 刻蚀。有图形的刻蚀采用掩蔽层（有图 形的光刻胶）来定义要刻蚀掉的表面材 料区域，只有硅片上被选择的这一部分 在刻蚀过程中刻掉。
12.1.2 刻蚀参数
为了复制硅片表面材料上的掩膜图 形，刻蚀必须满足一些特殊的要求。
一．刻蚀速率
刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅 片表面材料的速度（见图12.2），通常用 Å/min表示。刻蚀速率用下式来计算：
七．聚合物
聚合物的形成有时是有意的，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（见图12.8），这样做 能形成高的各向异性图形，因为聚合物 能阻挡对侧壁的刻蚀，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控 制。能否形成侧壁聚合物取决于所使用 的刻蚀气体类型。
八．等离子体诱导损伤
六．残留物
刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面
不想要的材料。它常常覆盖在腔体内壁或 被刻蚀图形的底部。它的产生有多种原因， 例如被刻蚀膜层中的污染物、选择了不合 适的化学刻蚀剂（如刻蚀太快）、腔体中 的污染物、膜层中不均匀的杂质分布。刻 蚀残留物是IC制造过程中的硅片污染源， 为了去除刻蚀残留物，有时在刻蚀完成后 会进行过刻蚀。刻蚀残留物可以在去除光 刻胶的过程中或用湿法化学腐蚀去掉。
对于亚微米尺寸的图形来说，希望刻
蚀剖面是各向异性的，即刻蚀只在垂直于 硅片表面的方向进行（见图12.4），只有 很少的横向刻蚀。这种垂直的侧壁使得在 芯片上可制作高密度的刻蚀图形。各向异 性刻蚀对于小线宽图形亚微米器件的制作 来说非常关键。先进集成电路应用上通常 需要88到89º垂直度的侧壁。各向异性刻 蚀大部分是通过干法等离子体刻蚀来实现 的。
第十二章 刻蚀
刻蚀是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 的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制 掩膜图形。有图形的光刻胶层在刻蚀中不 受到腐蚀源显著的侵蚀。这层掩蔽膜用来 在刻蚀中保护硅片上的特殊区域而选择性 地刻蚀掉未被光刻胶保护的区域（见图 12.1）。在通常的CMOS工艺流程中刻蚀 都是在光刻工艺之后进行的。从这一点来 说，刻蚀可以看成在硅片上复制所想要的 图形的最后主要图形转移工艺步骤。
三．刻蚀偏差
刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键 尺寸间距的变化（见图12.5）。它通常 是由于横向钻蚀引起的（见图12.6）， 但也能由刻蚀剖面引起。当刻蚀中要去 除掩膜下过量的材料时，会引起被刻蚀 材料的上表面向光刻胶边缘凹进去，这 样就会产生横向钻蚀。
计算刻蚀偏差的公式如Βιβλιοθήκη Baidu：
刻蚀偏差 = Wb ― Wa 其中，Wb =刻蚀前光刻胶的线宽，
刻蚀速率 = ΔT/t （Å/min） 其中，ΔT =去掉的材料厚度（Å或μm） ，t =刻蚀所用的时间（分）。
二．刻蚀剖面
刻蚀剖面指的是刻蚀图形的侧壁形状。 有两种基本的刻蚀剖面：各向同性和各向 异性刻蚀剖面。各向同性的刻蚀剖面是在 所有方向上（横向和垂直方向）以相同的 刻蚀速率进行刻蚀，导致被刻蚀材料在掩 膜下面产生钻蚀（见图12.3）而形成的， 这带来不希望的线宽损失。湿法化学腐蚀 本质上是各向同性的，因而湿法腐蚀不用 于亚微米器件中的选择性图形刻蚀。一些 干法等离子体系统也能进行各向同性刻蚀
SR = Ef / Er 其中，Ef =被刻蚀材料的刻蚀速率，
Er =掩蔽层材料的刻蚀速率。
五．均匀性
刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在
整个硅片上，或整个一批，或批与批之 间刻蚀能力的参数。均匀性与选择比有 密切的关系，因为非均匀性刻蚀会产生 额外的过刻蚀。保持硅片的均匀性是保 证制造性能一致的关键。具有高深宽比 硅槽的刻蚀速率要比具有低深宽比硅槽 的刻蚀速率慢。这一现象被称为深宽比 相关刻蚀（ARDE），也被称为微负载效 应。为了提高均匀性，必须把硅片表面 的ARDE效应减至最小。
12.1 刻蚀工艺
12.1.1 刻蚀工艺
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。在湿法腐 蚀中，液体化学试剂（如酸、碱和溶剂 等）以化学方式去除硅片表面的材料。
干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态 中产生的等离子体，等离子体通过光刻 胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化 学反应（或这两种反应），从而去掉曝 露的表面材料。
九．颗粒沾污
等离子体带来的硅片损伤有时也由 硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾 污而引起。研究表明，由于电势的差异， 颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。 当没有了等离子体时，这些颗粒就会掉 到硅片表面。颗粒沾污的控制可通过优 化刻蚀设备，合适的操作和关机，对被 刻蚀的膜层选用合适的化学气体来达到。
包含带能离子、电子和激发分子的等 离子体可引起对硅片上的敏感器件引起 等离子体诱导损伤。一种主要的损伤是 非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷 阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。差的 设备或在优化的工艺窗口之外进行刻蚀 工艺会使等离子体变得不均匀。另一种 器件损伤是能量离子对曝露的栅氧化层 的轰击。等离子体损伤有时可以通过退 火或湿法化学腐蚀消除。
12.2 干法刻蚀
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。干 法刻蚀的主要目的是完整的把掩膜图形 复制到硅片表面上。硅片的等离子体刻 蚀过程见图12.9。
干法刻蚀相比与湿法腐蚀的优点是：
1. 刻蚀剖面是各向异性，具有非常 好的侧壁剖面控制；
Wa =光刻胶去掉后被刻蚀材料 的线宽。
四．选择比
选择比指的是在同一刻蚀条件下一 种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多 少。它定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与 另一种材料的刻蚀速率的比（见图 12.7）。高选择比意味着只刻除想要刻 去的那一层材料。
对于被刻蚀材料和掩蔽层材料的选 择比SR可以通过下式计算：
1. 介质刻蚀是用于介质材料的刻 蚀，如二氧化硅。
2. 硅刻蚀（包括多晶硅）应用于 需要去除硅的场合，如刻蚀多晶硅晶 体管栅和硅槽电容。
3. 金属刻蚀主要是在金属层上去 掉铝合金复合层，制作出互连线。
刻蚀可以分成有图形刻蚀和无图形 刻蚀。有图形的刻蚀采用掩蔽层（有图 形的光刻胶）来定义要刻蚀掉的表面材 料区域，只有硅片上被选择的这一部分 在刻蚀过程中刻掉。
12.1.2 刻蚀参数
为了复制硅片表面材料上的掩膜图 形，刻蚀必须满足一些特殊的要求。
一．刻蚀速率
刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅 片表面材料的速度（见图12.2），通常用 Å/min表示。刻蚀速率用下式来计算：
七．聚合物
聚合物的形成有时是有意的，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（见图12.8），这样做 能形成高的各向异性图形，因为聚合物 能阻挡对侧壁的刻蚀，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控 制。能否形成侧壁聚合物取决于所使用 的刻蚀气体类型。
八．等离子体诱导损伤
六．残留物
刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面
不想要的材料。它常常覆盖在腔体内壁或 被刻蚀图形的底部。它的产生有多种原因， 例如被刻蚀膜层中的污染物、选择了不合 适的化学刻蚀剂（如刻蚀太快）、腔体中 的污染物、膜层中不均匀的杂质分布。刻 蚀残留物是IC制造过程中的硅片污染源， 为了去除刻蚀残留物，有时在刻蚀完成后 会进行过刻蚀。刻蚀残留物可以在去除光 刻胶的过程中或用湿法化学腐蚀去掉。
对于亚微米尺寸的图形来说，希望刻
蚀剖面是各向异性的，即刻蚀只在垂直于 硅片表面的方向进行（见图12.4），只有 很少的横向刻蚀。这种垂直的侧壁使得在 芯片上可制作高密度的刻蚀图形。各向异 性刻蚀对于小线宽图形亚微米器件的制作 来说非常关键。先进集成电路应用上通常 需要88到89º垂直度的侧壁。各向异性刻 蚀大部分是通过干法等离子体刻蚀来实现 的。
第十二章 刻蚀
刻蚀是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 的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制 掩膜图形。有图形的光刻胶层在刻蚀中不 受到腐蚀源显著的侵蚀。这层掩蔽膜用来 在刻蚀中保护硅片上的特殊区域而选择性 地刻蚀掉未被光刻胶保护的区域（见图 12.1）。在通常的CMOS工艺流程中刻蚀 都是在光刻工艺之后进行的。从这一点来 说，刻蚀可以看成在硅片上复制所想要的 图形的最后主要图形转移工艺步骤。
三．刻蚀偏差
刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键 尺寸间距的变化（见图12.5）。它通常 是由于横向钻蚀引起的（见图12.6）， 但也能由刻蚀剖面引起。当刻蚀中要去 除掩膜下过量的材料时，会引起被刻蚀 材料的上表面向光刻胶边缘凹进去，这 样就会产生横向钻蚀。
计算刻蚀偏差的公式如Βιβλιοθήκη Baidu：
刻蚀偏差 = Wb ― Wa 其中，Wb =刻蚀前光刻胶的线宽，
刻蚀速率 = ΔT/t （Å/min） 其中，ΔT =去掉的材料厚度（Å或μm） ，t =刻蚀所用的时间（分）。
二．刻蚀剖面
刻蚀剖面指的是刻蚀图形的侧壁形状。 有两种基本的刻蚀剖面：各向同性和各向 异性刻蚀剖面。各向同性的刻蚀剖面是在 所有方向上（横向和垂直方向）以相同的 刻蚀速率进行刻蚀，导致被刻蚀材料在掩 膜下面产生钻蚀（见图12.3）而形成的， 这带来不希望的线宽损失。湿法化学腐蚀 本质上是各向同性的，因而湿法腐蚀不用 于亚微米器件中的选择性图形刻蚀。一些 干法等离子体系统也能进行各向同性刻蚀
SR = Ef / Er 其中，Ef =被刻蚀材料的刻蚀速率，
Er =掩蔽层材料的刻蚀速率。
五．均匀性
刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在
整个硅片上，或整个一批，或批与批之 间刻蚀能力的参数。均匀性与选择比有 密切的关系，因为非均匀性刻蚀会产生 额外的过刻蚀。保持硅片的均匀性是保 证制造性能一致的关键。具有高深宽比 硅槽的刻蚀速率要比具有低深宽比硅槽 的刻蚀速率慢。这一现象被称为深宽比 相关刻蚀（ARDE），也被称为微负载效 应。为了提高均匀性，必须把硅片表面 的ARDE效应减至最小。
12.1 刻蚀工艺
12.1.1 刻蚀工艺
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。在湿法腐 蚀中，液体化学试剂（如酸、碱和溶剂 等）以化学方式去除硅片表面的材料。
干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态 中产生的等离子体，等离子体通过光刻 胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化 学反应（或这两种反应），从而去掉曝 露的表面材料。
九．颗粒沾污
等离子体带来的硅片损伤有时也由 硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾 污而引起。研究表明，由于电势的差异， 颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。 当没有了等离子体时，这些颗粒就会掉 到硅片表面。颗粒沾污的控制可通过优 化刻蚀设备，合适的操作和关机，对被 刻蚀的膜层选用合适的化学气体来达到。
包含带能离子、电子和激发分子的等 离子体可引起对硅片上的敏感器件引起 等离子体诱导损伤。一种主要的损伤是 非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷 阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。差的 设备或在优化的工艺窗口之外进行刻蚀 工艺会使等离子体变得不均匀。另一种 器件损伤是能量离子对曝露的栅氧化层 的轰击。等离子体损伤有时可以通过退 火或湿法化学腐蚀消除。
12.2 干法刻蚀
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。干 法刻蚀的主要目的是完整的把掩膜图形 复制到硅片表面上。硅片的等离子体刻 蚀过程见图12.9。
干法刻蚀相比与湿法腐蚀的优点是：
1. 刻蚀剖面是各向异性，具有非常 好的侧壁剖面控制；
Wa =光刻胶去掉后被刻蚀材料 的线宽。
四．选择比
选择比指的是在同一刻蚀条件下一 种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多 少。它定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与 另一种材料的刻蚀速率的比（见图 12.7）。高选择比意味着只刻除想要刻 去的那一层材料。
对于被刻蚀材料和掩蔽层材料的选 择比SR可以通过下式计算：