微电子工艺之刻蚀技术

第五章 刻蚀技术（图形转移）

选择比 如SiO2的刻蚀中，对光刻胶和硅的腐蚀速率要很 低，对SiO2的腐蚀速率要很高。
第五章 刻蚀技术（图形转移）
第五wk.baidu.com 刻蚀技术（图形转移）

均匀性：膜层厚度的不均匀与刻蚀速率的不均匀→ 图 形转移尺寸的不均匀。 设：平均膜厚h，厚度变化因子δ， 0≤ δ ≤1； 则：最厚处为h（1+δ），最薄处h（1-δ）； 设：平均刻蚀速率v，速度变化因子ζ， 0≤ ζ ≤1； 则：最大为v(1+ζ)，最小为v(1-ζ)； 设：最厚处用最小刻速腐蚀, 时间为tM； 最薄处用最大刻速腐蚀, 时间为tm； 则: t M=h(1+δ)/v(1-ζ)，t m= h(1-δ)/v(1+ζ) 若腐蚀时间取tm，则厚膜部位未刻蚀尽； 腐蚀时间取tM，则部分过刻蚀.
第五章 刻蚀技术（图形转移）

清洁度：
腐蚀过程引入的玷污，即影响图形转移的质量，又增 加了腐蚀后清洗的复杂性和难度。 例如，重金属玷污在接触孔部位，将使结漏电。
一、湿法刻蚀




定义:利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未 被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。 步骤：1）反应物扩散到被刻蚀的材料表面； 2）反应物与被刻蚀薄膜反应； 3）反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并 随溶液被排出。 特点：各相同性腐蚀 优点：设备简单，成本低，产量高，具有很好的刻蚀选 择比，重复性好。 缺点：钻蚀严重，对图形的控制性较差，难于获得精细 图形（刻蚀3μ m以上线条）。
一、湿法刻蚀
1.腐蚀SiO2




腐蚀剂：HF， SiO2+HF→H2[SiF6]+H2O 缓冲剂：NH4F， NH4F→NH3↑+HF 常用配方(KPR胶）：HF: NH4F: H2O=3ml:6g:10ml (HF溶液浓度为48％) 腐蚀温度：30－40℃，水浴。 T太低或太高都易浮胶或钻蚀 腐蚀时间：由腐蚀速度和SiO2厚度决定。 t 太短：腐蚀不干净。 t 太长：腐蚀液穿透胶膜产生浮胶；边缘侧蚀严重。
一、湿法刻蚀
3.腐蚀Si3N4 腐蚀液：热H3PO4，180℃
一、湿法刻蚀
4.腐蚀Si
①HNO3-HF-H2O(HAC)， Si+HNO3+HF→H2[SiF6]+HNO2+H2O+H2 ②KOH-异丙醇
5.腐蚀poly-Si

6.腐蚀Au、Pt

腐蚀液：HF-HNO3 -HAC 腐蚀液－王水： HNO3（发烟）:HCl=1:3（体积比） Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O 3Pt+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O
二、干法刻蚀
②CF4+H2:刻蚀速率降低 机理：F*+H*(H2)→HF CFX*(x≤3)+Si→SiF4+C(吸附在Si表面） CFX*(x≤3)+SiO2→ SiF4+CO+CO2+COF2 5.刻蚀设备 ①筒式 ②平板式
一、湿法刻蚀


②Al表面 a.二甲苯或丙酮浸泡，棉球擦除。 b.丙酮中水浴15分钟。 c.发烟HNO3浸泡1分钟。（保证Si片表面相当干燥）
二、干法刻蚀
腐蚀剂：活性气体，如等离子体。 特点：各向异性腐蚀强；分辨率高；刻蚀3μ m以下线 条。 1. 等离子体刻蚀－化学性刻蚀 刻蚀气体：CF4、BCl3、CCl4 刻蚀机理：等离子体活性基团与被刻蚀材料发生化学反 应。 CF4 RF CF3*、CF2* 、CF* 、F* BCl3 RF BCl3* 、BCl2* 、Cl*
一、湿法刻蚀
2.腐蚀Al
①H3PO4: 2Al+6H3PO4=2Al(H2PO4)3+3H2↑ H2气泡的消除：少量酒精或醋酸；超声波或搅动。 ②KMnO4: KMnO4+Al NaOH KAlO2+MnO2↓ 配方： KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml ③碱性溶液： 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 配方： NaOH:H2O:甘油:酒精=5g:8ml:3ml:6ml 甘油的作用：减弱NaOH的活泼性。 缺点：对胶膜有浸蚀，横向腐蚀严重，Na＋污染。
第五章 刻蚀技术（图形转移）



定义：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。 VLSI对图形转移的要求：保真度；选择比；均匀性； 清洁度。 保真度A：A=1－|df－ dm| / 2h＝1－Vl/Vv， Vl—侧向腐蚀速率，Vv– 纵向腐蚀速率； A=0,各向同性刻蚀; A=1, 理想的各向异性刻蚀; 1>A>0 ，实际的各向异性刻蚀
二、干法刻蚀
二、干法刻蚀
④去胶 刻蚀剂：O2等离子体 刻蚀机理： O2 RF O2*、O* O*＋CXHX→CO2↑+H2O↑+挥发性低分子 O2去胶： O2 ＋CXHX 450－550℃ CO2↑+H2O↑+挥发性低分子 2.反应离子刻蚀（RIE） 刻蚀机理：等离子体活性基的化学反应＋正离子轰击的 物理溅射。 刻蚀剂：与等离子体刻蚀相同。 特点（与等离子体刻蚀相比）：腐蚀速度快，各向异性 强。

二、干法刻蚀
①刻蚀Si、SiO2、 Si3N4 刻蚀剂CF4 ； F*+Si→SiF4↑ F*+SiO2→ SiF4↑+O2↑ CF3*+SiO2→ SiF4↑+CO↑+CO2↑ Si3N4＋F*→ SiF4↑+N2↑ ②刻蚀Al 刻蚀剂：BCl3、CCl4、CHCl3； Cl*+Al→AlCl3↑ ③刻蚀难熔金属及其硅化物：W,Mo,Cr,WSi2,Au,Pt等 刻蚀剂:CF4,SF6,C2Cl2F4
二、干法刻蚀
3.物理溅射刻蚀 刻蚀剂：惰性气体等离子体，如Ar。 刻蚀机理：纯物理溅射。 特点：各向异性腐蚀；易刻蚀难熔金属及其硅化物； 选择性差；损伤严重。 4.刻蚀的选择比 例：刻蚀SiO2及Si ①CF4+O2：刻蚀速率增加 机理： CF4+O2→F*+O*+COF*+COF2+CO+CO2 O2吸附在Si表面，影响刻蚀
一、湿法刻蚀
7.腐蚀PSG、BPSG

氟化胺溶液(HF6%+NH4F30% ):冰醋酸=2:1
8.去胶 热硫酸，
① SiO2表面 a. 浓H2SO4煮两遍，去离子水冲净。 b. 1号液（NH4OH:H2O2:H2O=1:2:5)煮，去离子水冲净。 c.（H2SO4:H2O2=3:1)混合液浸泡。