《soc工艺课件-ch11刻蚀技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《soc工艺课件-ch11刻蚀技术.ppt（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、P211.1 概述11.2 湿法刻蚀11.3 干法刻蚀11.4 刻蚀技术新进展本章主要内容P311.1概述 刻蚀技术：就是把光刻胶上的图形转换到光刻胶下面的各层材料上去的工艺过程。 ULSI对刻蚀技术的要求： 图形转移的保真度：即各项异性程度； 选择比：两种不同材料被腐蚀速度之比； 均匀性：不同位置的腐蚀速率不同； 刻蚀的清洁：刻蚀过程中引入沾污，影响图形的转移精度。 理想的刻蚀工艺必须具有以下特点： 各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀。 良好的刻蚀选择性，即光刻胶和其下薄膜的刻蚀速率比被刻蚀薄膜的刻蚀速率小得多，保证刻蚀过程中抗蚀剂掩蔽的有效性； 加工批量大，控制容易，成本低，对环境
2、污染少，适用工业生产。P4 刻蚀技术包含了所有将材质表面均匀移除或是有选择性地部分去除的技术，可分为湿法刻蚀（Wet Etching）干法刻蚀（Dry Etching） 影响刻蚀工艺的因素：外部因素：包括设备硬件的配置以及环境的温度、湿度影响，对于操作人员来说，外部因素只能记录，很难改变，要做好的就是优化工艺参数，实现比较理想的实验结果。内部因素：在设备稳定的情况下对工艺结果起到决定性作用。 11.1概述P511.1概述 内部因素对于刻蚀速率、形貌等均起到重要作用。工作压力的选择；RF功率的选择；ICP功率；衬底温度和反应室温度；反应气体的选择和配比。 另外，直流偏压的选择，控制反射功率，待刻
3、蚀面积的大小、刻蚀材料的差异等等都会影响到刻蚀面的形貌、刻蚀速率，这些都是要考虑的重要因素。 P611.2 湿法刻蚀 湿法刻蚀是利用特定溶液与薄膜间进行的化学反应来去除被刻蚀部分而达到刻蚀目的的技术。将晶片放在腐蚀液中，通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。 湿法刻蚀大概可分为三个步骤： 反应物质扩散到被刻蚀薄膜的表面。 反应物与被刻蚀薄膜反应。 反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液排出。 在这三个步骤中，一般进行最慢的是反应物与被刻蚀薄膜反应的步骤，也就是说，该步骤的进行速率即是刻蚀速率。P7湿法刻蚀特点：湿法腐蚀工艺简单，无需复杂设备。保真度差，腐蚀为各向同性，图形分辨
4、率低。选择比高，对器件不会带来等离子体的损伤；均匀性好；清洁性较差。通常先利用氧化剂（Si/Al用HNO3）将被刻蚀材料氧化成氧化物（SiO2和Al2O3），再利用另一种溶剂(如Si用HF酸和Al用H3PO4)将形成的氧化层溶解并随溶液排出。11.2 湿法刻蚀P8参数说明控制难度湿法化学腐蚀参数浓度时间温度搅动批数溶液浓度硅片浸在腐蚀槽中的时间腐蚀槽的温度溶液槽的搅动为了减少颗粒并保持适当的溶液强度，一定批次后必须更换溶液最难控制相对容易控制相对容易控制可适当控制有一定难度相对容易控制11.2 湿法刻蚀P911.2.1 硅的湿法腐蚀 各向同性腐蚀：采用强氧化剂对硅进行氧化然后利用HF与SiO2
5、反应去掉硅，常用硝酸与氢氟酸和水(醋酸)的混合液。刻蚀速率取决于HF和HNO3浓度较低者。 Si+HNO3+6HF H2SiF6+HNO2+H2O+H2 各向异性腐蚀：KOH溶液对硅进行腐蚀，对(100)面的刻蚀速率比(111)面快许多。 Si+2KOH+H2O K2SiO3+H2O抑制硝酸分解V(100):V(110):V(111)=100:16:1P1011.2.2 二氧化硅的湿法腐蚀 HF溶液室温下与SiO2反应而不会刻蚀Si或多晶硅，所以HF是刻蚀SiO2的最佳选择，反应式为: SiO2+6HF SiF6+2H2O+H2 HF酸不断消耗，反应速率随时间增加而降低，通常在腐蚀液中加入一定
6、量的氟化氨，通过分解可产生HF，维持HF浓度，HF：NH4F：H2O=3mL：6g：10mL，反应为： NH4F NH3+HF 影响刻蚀质量的因素主要有： 粘附性光刻胶与SiO2表面粘附良好，是保证刻蚀质量的重要条件； 二氧化硅的性质：不同方法生长的SiO2具有不同特性（V淀积V湿氧V干氧） ； 二氧化硅中的杂质：高浓度的磷导致刻蚀速度迅速提升 ； 刻蚀温度：温度越高，刻蚀速率越快； 刻蚀时间：取决于刻蚀速率和氧化层厚度；P1111.2.3 氮化硅的湿法腐蚀Si3N4在半导体工艺中主要是作为场氧化层（Field Oxide）在进行局部氧化生长时的屏蔽层及半导体器件完成主要制备流程后的保护层。可
7、以使用加热180的H3PO4溶液刻蚀Si3N4，其刻蚀速率与Si3N4的生长方式有关，例如：用PECVD方式比用高温LPCVD方法得到的Si3N4的刻蚀速率快很多。高温的H3PO4会造成光刻胶的剥落，而H3PO4溶液腐蚀氧化硅相当慢，腐蚀氮化硅很快。在涂敷光刻胶之前氮化层上先沉积一层氧化层，然后把光刻胶上的图形转移到氧化层上，那么氧化层图形就成为下道腐蚀氮化物工序的掩膜。P1211.2.4 铝的湿法腐蚀 铝或铝合金的刻蚀溶液主要是加热的磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液。加热温度是3560C，温度越高，刻蚀速度越快。刻蚀反应是由硝酸和铝反应生成氧化铝，再由磷酸和水分解氧化铝，主要反应式为 2Al+
8、6HNO3Al2O3+3H2O+6NO2 Al2O3+2H3PO4 2AlPO4+3H2O通常，溶液的配比，温度的高低，以及是否搅拌，搅拌的速率等条件，均会影响铝或者铝合金的刻蚀速率，常见的刻蚀速率范围大约在100300nm/min。一般对于绝缘膜或金属膜都采用这种方式来进行腐蚀，也就是大量溶解这些材料使之转化成可溶性盐或化合物。P1311.2.5 铬的湿法腐蚀铬版复印中，铬的刻蚀一般采用酸性硫酸高铈刻蚀：硫酸高铈对光致抗蚀剂的穿透性能差，用来做铬的刻蚀液，可减少铬版上的针孔。 2Cr + 6Ce(SO4)23Ce(SO4)2+Cr2(SO4)2碱性高锰酸钾刻蚀：高锰酸钾作为氧化剂，在碱性介质
9、氢氧化钾中能把铬氧化为可溶性的亚铬酸钠而使铬溶解。6KMnO4+2Cr+8NaOH 3K2MnO4+3Na2MnO4+2NaCrO2+4H2O酸性锌接触刻蚀：刻蚀前用锌块划破铬版表面，锌与稀硫酸产生活泼的氢原子，还原铬表面的氧化膜，接着活泼的铬与硫酸反应，铬层被迅速刻蚀掉。 2Cr+3H2SO4 Cr2(SO4)3+3H2P1411.2 湿法刻蚀P1511.2.6 湿法刻蚀设备 湿法刻蚀工艺的设备主要由刻蚀槽、水洗糟和干燥槽构成，其装置结构如图所示。 P1611.3 干法刻蚀技术湿法刻蚀选择性高，但各向同性的，无法满足ULSI工艺对加工精细线条的要求。干法刻蚀是利用辉光的方法产生带电离子以及具
10、有高度化学活性的中性原子和自由基，这些粒子和晶片反应以将光刻图形转移到晶片上的技术。，是ULSI的标准腐蚀工艺。依据等离子放电条件、反应气体、系统的不同，有多种干法刻蚀方式。物理性刻蚀化学性刻蚀（等离子体刻蚀）物理化学性刻蚀（反应离子刻蚀RIE）P17物理性刻蚀：利用辉光放电气体电离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面而将被刻蚀物的原子击出的过程。包括溅射刻蚀和离子束铣蚀。溅射刻蚀：利用等离子体中的离子或高能原子对衬底进行轰击，溅射出衬底原子，形成掩蔽膜图形。离子束铣蚀：利用高能离子束对衬底进行轰击，撞击出衬底原子，形成掩蔽膜图形。物理刻蚀的特点：各向异性刻蚀，可获得接近
11、垂直的刻蚀轮廓。但刻蚀选择性低。轰击出的物质容易沉积在被刻蚀层表面。11.3 干法刻蚀技术物理刻蚀P1811.3 干法刻蚀技术化学刻蚀化学刻蚀：利用等离子体将刻蚀气体电离并形成带电离子、分子及反应活性很强的原子团，它们扩散到刻蚀薄膜表面后与刻蚀薄膜表面原子反应生成具有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离反应腔。化学刻蚀的特点：高刻蚀速率、高选择比、损伤小，但为各向同性刻蚀。P19反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，RIE）是等离子化学性刻蚀和溅射物理性刻蚀现象同时作用的刻蚀，实际是离子辅助刻蚀。设备特点是被刻蚀衬底放置在功率电极上。RIE是在IC中采用最多的刻蚀方法。RIE刻
12、蚀特点：保真度优于化学性刻蚀，但不如物理性刻蚀。选择比优于物理性刻蚀，但不如化学性刻蚀RIE刻蚀后在衬底上留有残余损伤。11.3 干法刻蚀技术物理化学刻蚀P2011.3 干法刻蚀技术P21干法刻蚀特点：与湿法腐蚀比较，优点：保真度好，图形分辨率高；湿法腐蚀难的薄膜如氮化硅等可以进行干法刻蚀。清洁性好，气态生成物被抽出；无湿法腐蚀的大量酸碱废液。缺点设备复杂；选择比不如湿法； 11.3 干法刻蚀技术特点P2211.3.1 刻蚀参数干法刻蚀的主要刻蚀参数有以下几个方面：刻蚀速率选择比均匀性侧壁聚合物 P2311.3.1 刻蚀参数刻蚀速率 刻蚀速率：刻蚀速率：刻蚀过程中，去除被刻蚀表面材料的速率，通
13、常用/min表示。 刻蚀速率由工艺和设备变量决定，如被刻蚀材料类型、刻蚀机的结构配置、使用的刻蚀气体和工艺参数设置等。刻蚀速率通常正比于刻蚀剂的浓度，刻蚀面积越小，刻蚀速率越快（负载效应：被刻蚀材料裸露在等离子体中面积较大的区域时刻蚀速率比在面积较小的区域时慢，也就是出现局部刻蚀速率不均匀。）。 影响刻蚀速率的主要因素：离子能量和入射角气体成分气体流速其它影响因素P24SREf/Er 式中，Ef =被刻蚀材料的刻蚀速率；Er=掩蔽层材料的刻蚀速率（如光刻胶）。 选择比选择比：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，定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速度之比。11.3.1
14、 刻蚀参数选择比P25 均匀性：均匀性：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。保持均匀性是保证制造性能一致的关键。难点在于刻蚀工艺必须在刻蚀具有不同图形密度的硅片上保证均匀性。 例如图形密的区域，大的图形间隔和高深宽比图形。均匀性的一些问题是因为刻蚀中速率和刻蚀剖面与图形尺寸和密度有关而产生的。 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。11.3.1 刻蚀参数均匀性P26 刻蚀过程中在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而防止横向刻蚀，这样做能形成高的各向异性图形，因为聚合物能阻挡对侧
15、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。 这些聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体和刻蚀生成物结合在一起而形成的。能否形成侧壁聚合物取决于所使用的气体类型。11.3.1 刻蚀参数侧壁聚合物P27 多晶硅与多晶硅化物（即多晶硅上覆盖有低电阻金属硅化物）常用作MOS器件的栅极材料。各向异性刻蚀及对栅极氧化层的高选择比是栅极刻蚀时最重要的需求。栅极刻蚀的要求：对栅极氧化层的高选择比。各向异性刻蚀。 例如，对1G DRAM而言，其选择比需超过150（即多晶硅化物与栅极氧化层的刻蚀速率比为150:1）。刻蚀多晶硅的三个主要步骤：a.预刻蚀。用于除去自然氧化层、硬的
16、掩蔽层(SiON)和表面污染物来获得均匀的刻蚀。减少了刻蚀中掩蔽层污染物带来的缺陷。b.主刻蚀。刻至终点。去掉大部分的多晶硅膜，不损伤栅氧化层并可获得较理想的各向异性侧壁剖面。c.过刻蚀。 去除刻蚀残留物和剩余多晶硅，并保证对栅氧化层的高选择比。此时要避免在多晶硅周围的氧化层形成微槽。11.3.2 多晶硅的干法刻蚀P28Si对SiO2刻蚀选择比要求足够高：1）去除阶梯残留，必须有足够的过渡刻蚀才能避免多晶硅电极间短路的发生；2）多晶硅一般覆盖在很薄的栅极氧化层上，如果氧化层被完全刻蚀，则氧化层下的源极和漏极区域的Si将被快速刻蚀。选择比的要求：主刻蚀150:1，为了防止栅氧化层的穿通。过刻蚀2
17、50:1，防止多晶硅周围的栅氧化层形成微槽。11.3.2 多晶硅的干法刻蚀P29刻蚀气体：传统上采用氟基气体，包括CF4, CF4/O2, SF6, C2F6/O2。缺点：氟原子在刻蚀中起主要作用，属各向同性刻蚀，且选择比较差，并存在一定的负载效应。负载效应负载效应:指当被刻材料裸露在等离子体中时，面积较大的刻蚀速率比面积较小的慢，造成局部速率不均匀。为克服上述缺点，改用Cl2:22SiClSiCl22nnSiClSiCl产物之一的SiCl2会形成一层聚合物保护膜：该层聚合物保护膜可保护侧壁，造成各向异性刻蚀。为了兼顾刻蚀速率和选择比，也有人使用混合气体： SF6 + CCl4 + CHCl3
18、 另外，溴化氢HBr也是目前较常用的气体，以它刻蚀的多晶硅对二氧化硅的选择比高于以氯为主的等离子气体。11.3.2 多晶硅的干法刻蚀P30刻蚀气体：氟碳化合物，包括CF4, C2F6 , C2F8 。以CF4为例来说明等离子体产生与刻蚀SiO2的过程。422CFFCF22422SiOCFSiFCO2442SiOFSiFOSiO2的刻蚀反应：Si的刻蚀反应：2422SiCFSiFC44SiFSiFCF4对多晶硅的选择不太好，F原子与Si的反应非常快，约为SiO2的10-1000倍。在RIE系统中， CF4大多被分解成CF2，因此可得到不错的SiO2/Si刻蚀选择比。而在螺旋波等离子体刻蚀中， C
19、F4大多被分解成F，因此SiO2/Si刻蚀选择比反而不好。11.3.3 二氧化硅的干法刻蚀P31氧的作用422CFOFCOF加入氧后，氧会和CF4反应生成氟原子，进而增加氟原子的量并提高刻蚀速率。氧含量超过某一特定值后，两者的刻蚀速率下降，这是因为氟原子结合成F2，使氟原子减少。22222OFFOFOFFO加入氧后，二氧化硅对硅的刻蚀速率选择比将下降。11.3.3 二氧化硅的干法刻蚀P32氢的作用22HHHFHF加入氢后，氢气会离解成氢原子，并与氟原子发生反应生成氟化氢。HF对二氧化硅的刻蚀速率比F慢，刻蚀速率略有下降。而对Si的刻蚀速率下降更明显。氢含量超过某一特定值后，会有聚合物产生阻碍S
20、i/SiO2与F/CF2的接触，而使刻蚀停止。22nnCFCF常用的刻蚀气体CHF3和Cl2的混合气体： CHF3有较佳的选择性。SF6和NF3的混合气体：不含碳原子，所以不会形成聚合物。11.3.3 二氧化硅的干法刻蚀P3311.3.4 氮化硅的干法刻蚀 Si-N键强度介于Si-O、 Si-Si之间， Si3N4的刻蚀速率介于SiO2和Si之间，刻蚀SiO2的气体可用于氮化硅的刻蚀。 LPCVD Si3N4 作为选择性氧化或扩散的掩膜，CF4+O2+N2作为刻蚀气体。 PECVD Si3N4作为器件保护层，刻蚀压焊点窗口用CF4+O2作为刻蚀气体。 以CF4, 为主的氟基气体，对Si3N4/
21、SiO2选择比较差。使用CHF3，对SiO2/Si的选择比可以在10以上。P3411.3.5 铝及铝合金的干法刻蚀 铝是半导体工艺中最主要的导体材料。它具有低电阻，易于淀积和刻蚀等优点。氟化物气体所产生的等离子体并不适用于铝的刻蚀，因为反应产物的蒸气压很低不易挥发，很难脱离被刻物表面而被真空设备所抽离。铝的氯化物则具有足够高的蒸气压，因此能够容易地脱离被刻物表面而被真空设备所抽离。所以氯化物气体所产生的等离子体常被利用作为铝的干法刻蚀源。氯对铝有极高的化学刻蚀速率并且在刻蚀时会有横向钻蚀现象。加入含炭气体或氮气以形成钝化膜。P35添加气体：BCl3作用：BCl3极易和氧、水反应，因此可吸收腔内
22、水汽及氧气。 BCl3在等离子体中可将铝表面的自生氧化层还原。 环境暴露问题：铝线条侧壁上残留的氯和光刻胶倾向于与空气中水分子反应生成HCl，它对铝有腐蚀作用。解决方法：将晶片暴露在CF4中，对CF4放电实现用F交换Cl，之后对氧放电去除光刻胶，接着立即浸入去离子水中清洗。11.3.5 铝及铝合金的干法刻蚀 P36具有优良的沉积一致性。当金属宽度小于0.5um时，用溅射方法得到的Al无法完美填入接触窗而造成接触阻值较高，甚至无接触。因此，在半导体金属制备中使用CVD法沉积耐热金属填入接触窗，取代部分铝，这种方法称为接触插塞(Contact Plug)或介质窗插塞(Via Plug)。优点：有完
23、美的淀积均匀覆盖性。氟基与氯基化合物均可以刻蚀钨，且生成挥发性产物。常用的插塞金属：钨、钛、铂金、钼等。接触窗插塞步骤：a.淀积铝之前先淀积Ti和TiN。为了克服铝与介质层附着力问题并降低接触电阻,提高器件稳定性。b.快速热处理以产生钛硅化合物。c.CVD淀积W金属使其填入接触窗。d.利用干法刻蚀将介电层表面的W金属去除，留下接触窗内的W，完成接触窗插塞。钨回蚀11.3.5 钨的刻蚀 P37刻蚀气体：SF6、Ar、O266WFWFWF6常温下为气体，较易排出腔外。但由于SF6的存在，最终产物有硫产生，造成反应室内气压较低，产生沉积，导致钨回蚀不净。Ar的作用： 通过Ar的离子撞击去除晶片表面沉
24、积的硫，减少钨回蚀不净现象。氧的作用： 加强氟化物气体的电离效率，减少保护层沉积量。11.3.5 钨的刻蚀 P3811.3.7 干法刻蚀设备干法刻蚀设备 干法刻蚀设备：干法刻蚀设备：最常见的是平行板电极反应器，即反应离子刻蚀机(Recative Ion Etcher，RIE)；在RIE中加入磁场，提高等离子体的浓度，磁场强化活性离子刻蚀机（Magnetic Enhanced Recative Ion Etcher，MERIE）；高密度等离子体刻蚀机（High Density Plasma Etcher，HDP）；电子回旋共振式等离子体刻蚀机（Electron Cyclotron Resonan
25、ce Plasma Etchers， ECRPE）；变压耦合式等离子体刻蚀机（Transformer Couple Plasma， TCP）；感应耦合等离子体刻蚀机（Inductively Coupled Plasma Reactor，ICPR）；螺旋波等离子体刻蚀机；P3911.3.7 干法刻蚀设备干法刻蚀设备 反应离子刻蚀机反应离子刻蚀机(RIE)：包含一个高真空的反应腔，压力范围0.01-1Torr。腔内两个平行板，一个电极与反应器的腔璧接地，另一个电极与晶片夹具接在RF产生器上。优点：构造简单。加工成本低。物理溅射较强。缺点：增加等离子体密度的同时，也加大离子轰击能量，从而破坏膜或晶片
26、结构。三电极RIE，将等离子体产生与离子加速分开控制，达到增加等离子体密度而不增加离子轰击能量的需求。P4011.3.7 干法刻蚀设备 磁场强化活性离子刻蚀机（磁场强化活性离子刻蚀机（MERIE） ：在传统的RIE中加上了永久磁铁或线圈，产生与晶片平行磁场，此磁场与电场垂直。电子在该磁场的作用下以螺旋的方式运动，可避免电子与腔体发生碰撞，产生较高密度的等离子体。P41 为什么要研究高密度等离子体刻蚀： 传统的刻蚀系统(如平板式，圆筒式)在对于0.25um及以下尺寸的几何图形，由于等离子体密度较小，刻蚀基难以进入高深宽比图形并使刻蚀产物从高深宽比图形中出来。限制了刻蚀速率即图形深度。解决方法：
27、增加气体分子和离子的平均自由程降低腔内压力。但腔内压力降低会带来离子密度的降低，从而降低刻蚀速率。 增加等离子体密度，用以在低压下获得可接受的刻蚀速率。高密度一般为等离子体密度为1011-1013cm-3，低气压指20mTorr。优势：临界尺寸控制较好、刻蚀速率更高、选择性好、对衬底损伤小、各向异性刻蚀高。高密度等离子体高密度等离子体(HDP)刻蚀刻蚀11.3.7 干法刻蚀设备 P42 反应器把微波源和静态磁场联系起来，使电子能量与外加电场发生共振，从而产生高度分离与离子化现象。 静态磁场的作用： 以一定角频率会聚电子围绕磁力线旋转，当电子旋转的角频率等于外加微波频率时，则发生共振。 缺点：有
28、效使用面积小，约6英寸。 电子回旋共振等离子体刻蚀电子回旋共振等离子体刻蚀(ECR)：通过单独控制等离子体参数(电子能量、等离子体密度、反应物密度等)，解决刻蚀过程中致伤轰击问题。11.3.7 干法刻蚀设备 P4311.3.7 干法刻蚀设备干法刻蚀设备 感应耦合式等离子体刻蚀机（感应耦合式等离子体刻蚀机（ICPR）：通过用绝缘板或石英管与等离子体隔开的螺旋线圈产生高密度的等离子体。优点：晶片不受电磁场影响。能在高深宽比窗口中获得各向异性的侧壁剖面。结构简单，应用广泛。P4411.3.7 干法刻蚀设备 螺旋波等离子体刻蚀机：螺旋波等离子体刻蚀机：由石英制成的等离子体来源腔和刻蚀腔组成。等离子体来
29、源腔包含一个天线，用以激发13.56MHz的横向电磁波。另外在石英腔外围绕两组线圈，产生纵向磁场，并与横向磁场产生共振，形成所谓的螺旋波。采用这种方式，电磁波可以将能量完全传给电子，从而获得高密度等离子体。P4511.3.8 终点检测 干法刻蚀对下层材料的刻蚀选择性小，因此必须配备指示什么时候刻蚀过程结束的监测器。通过使用终点检测器可以计算出刻蚀结束的准确时间，进而准确地控制过度刻蚀的时间，以确保多次刻蚀的重复性。 常见的终点检测（End Point Detection）设备有三种：发射光谱分析（Optical Emission Spectroscopy，OES）、激光干涉测量（Laser I
30、nterferometry）、质谱分析（Mass Spectroscopy）。P46 发射光谱分析发射光谱分析(OES)：利用检测等离子体中某种波长光线强度变化来达到终点检测的目的。要检测的光线的激发是由于等离子体中的原子或分子被激发到某种激发态，再返回到低能量状态时，伴随光发射。不同原子激发的光线波长不同，光线强度的变化反映了等离子体中原子或分子浓度的变化。 检测波长的方法： 反应物在刻蚀终点处光强增加； 反应物在刻蚀终点处光强减小。11.3.8 终点检测 P47优点：优点： 容易加在刻蚀设备上，并且不影响刻蚀结果。容易加在刻蚀设备上，并且不影响刻蚀结果。 可对反应的微小变化做出反应，并提供
31、有关刻蚀反应的很多有用信息。可对反应的微小变化做出反应，并提供有关刻蚀反应的很多有用信息。缺点：缺点： 光线强度正比于刻蚀速率，若刻蚀速率较慢则很难检测。光线强度正比于刻蚀速率，若刻蚀速率较慢则很难检测。 若刻蚀面积很小，则会由于信号强度不足而很难检测。若刻蚀面积很小，则会由于信号强度不足而很难检测。11.3.8 终点检测 P48 激光干涉测量法：激光干涉测量法：检测透明的薄膜厚度的变化，当停止变化时即是刻蚀终点。 激光垂直射入薄膜，射入薄膜前被反射的光线和穿透膜后被下层材料反射的光线发生干涉，形成周期变化的波。振荡周期与薄膜厚度之间的关系为2dnd为一个周期薄膜变化厚度，为激光波长，n为膜折
32、射率。例如=632.8A的氦氖激光器测量出的多晶硅的d=80nm。 激光干涉法的限制：激光干涉法的限制： 激光光束要聚焦在晶片被刻蚀区，且面积应足够大。 激光光束必须对准在该区域，增加了设备和晶片设计难度。 被激光照射区域温度升高影响刻蚀速率，造成此处速率与不受激光照射区域不同。 若被刻蚀表面不平整，会影响干涉信号，造成测量误差。11.3.8 终点检测 P49 质谱分析法：质谱分析法：利用刻蚀腔璧上的洞来对等离子体中的物质成分进行取样，取得的中性粒子被电子束电离成离子，所得到的离子再经过电磁场偏转，不同质量的离子偏转的程度不同，因而可把离子分辨开。不同的离子可借助改变电磁场收集。终点检测时，将
33、电磁场固定在要观察的所需电磁场，观测计数的连续变化即可得知刻蚀终点。 质谱分析法的限制： 部分物质的质量/电荷比相同，使得检测同时拥有这些成分的刻蚀时无法判断刻蚀是否完成； 取样的结果将影响刻蚀终点的检测； 质谱分析设备不容易安装到各种刻蚀机上。11.3.8 终点检测 P5011.4 刻蚀技术新进展 1、四甲基氢氧化铵湿法刻蚀 四甲基氢氧化铵（TMAH）具有刻蚀速率高、晶向选择性好、低毒性和对CMOS工艺的兼容性好等优点，而成为常用的刻蚀剂；另一方面，TMAH价格高，并且在刻蚀过程中会形成表面小丘（Hillock），影响表面光滑性。因此对TMAH的研究主要集中在如何通过改变或调整TMAH刻蚀液
34、成分的配比来改变刻蚀特性。P5111.4 刻蚀技术新进展 2、软刻蚀 “软刻蚀”是一种相对于微制造领域中占据主导地位的刻蚀而言的微图形转移和微制造的新方法。总的思路就是把用昂贵设备生成的微图形通过中间介质进行简便而又精确的复制，提高微制作的效率。 软刻蚀一般是通过表面复制有细微结构的弹性印模来转移图形。 P5211.4 刻蚀技术新进展 3、约束刻蚀剂层技术（ CELT ） 基本原理是通过化学反应或其它湮灭方式来消除自电极向外扩散得较远的刻蚀剂，从而达到约束刻蚀剂层厚度的目的。CELT是一种既与现有的传统铸膜工艺和IC以及LIGA工艺不同又相互补充的新型化学加工技术。其最大特点是能够在半导体以及金属等多种材料上实现三维立体微结构的加工和复制。P53本章重点本章重点湿法腐蚀和干法刻蚀的原理Si、SiO2等不同材料的湿法腐蚀应用Si、SiO2等不同材料的干法刻蚀应用刻蚀技术的新进展