微电子工艺之刻蚀技术.pptx

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1、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1页/共18页第五章 刻蚀技术（图形转移）第2页/共18页第五章 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，0 1；则：最厚处为h（1+），最薄处h（1-）；设：平均刻蚀速率v，速度变化因子，0 1；则：最大为v(1+)，最小为v(1-)；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+)/v(1-)，t m=h(1-)/v(1+)若腐蚀时间取tm，则厚膜部位未刻

2、蚀尽；腐蚀时间取tM，则部分过刻蚀.第3页/共18页第五章 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。第4页/共18页一、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3m以上线

3、条）。第5页/共18页一、湿法刻蚀1.腐蚀SiO2腐蚀剂：HF，SiO2+HFH2SiF6+H2O缓冲剂：NH4F，NH4FNH3+HF 常用配方(KPR胶）：HF:NH4F:H2O=3ml:6g:10ml (HF溶液浓度为48)腐蚀温度：3040，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。第6页/共18页一、湿法刻蚀2.腐蚀AlH3PO4:2Al+6H3PO4=2Al(H2PO4)3+3H2 H2气泡的消除：少量酒精或醋酸；超声波或搅动。KMnO4:KMnO4+Al NaOH KAlO2+Mn

4、O2配方：KMnO4:NaOH:H2O=6g:10g:90ml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7页/共18页一、湿法刻蚀3.腐蚀Si3N4腐蚀液：热H3PO4，180第8页/共18页一、湿法刻蚀4.腐蚀SiHNO3-HF-H2O(HAC)，Si+HNO3+HFH2SiF6+HNO2+H2O+H2KOH-异丙醇5.腐蚀poly-Si腐蚀液：HF-HNO3-HAC6.腐蚀Au、Pt腐蚀液王水：HNO3（发烟）:HCl=1:3

5、（体积比）Au+HNO3+3HCl=AuCl3+NO+2H2O 3Pt+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O第9页/共18页一、湿法刻蚀7.腐蚀PSG、BPSG氟化胺溶液(HF6%+NH4F30%):冰醋酸=2:18.去胶热硫酸，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。第10页/共18页一、湿法刻蚀Al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）第11页/共18页二、干法刻蚀腐蚀

6、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3m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*第12页/共18页二、干法刻蚀刻蚀Si、SiO2、Si3N4 刻蚀剂CF4；F*+SiSiF4 F*+SiO2 SiF4+O2 CF3*+SiO2 SiF4+CO+CO2 Si3N4F*SiF4+N2刻蚀Al刻蚀剂：BCl3、CCl4、CHCl3；Cl*+AlAlCl3刻蚀难熔金属及其硅化物：W,Mo,Cr,

7、WSi2,Au,Pt等刻蚀剂:CF4,SF6,C2Cl2F4第13页/共18页二、干法刻蚀第14页/共18页二、干法刻蚀去胶刻蚀剂：O2等离子体刻蚀机理：O2 RF O2*、O*O*CXHXCO2+H2O+挥发性低分子O2去胶：O2 CXHX 450550 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。第15页/共18页二、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SiCF4+O2：刻蚀速率增加机理：CF4+O2F*+O*+COF*+COF2+CO+CO2 O2吸附在Si表面，影响刻蚀第16页/共18页二、干法刻蚀CF4+H2:刻蚀速率降低机理：F*+H*(H2)HF CFX*(x3)+SiSiF4+C(吸附在Si表面）CFX*(x3)+SiO2 SiF4+CO+CO2+COF25.刻蚀设备筒式平板式第17页/共18页感谢您的观看。第18页/共18页