干法腐蚀实用工艺培训讲义

1、实用 干法腐蚀工艺培训讲义 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 文档 第一章基本概念 1. WHAT IS ETCHE? A process for removing material in a specified area through chemical reacti on an d/or physical bombardme nt. 2. WHAT WE ETCHED? 1) Dielectric (oxide,nit

2、ride,etc.) 2) Silicide (polysilicon and silicide) 3) Silic on (si ngle crystal silic on) 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/MINA/MIN 来表示。 4. E/R UNIFORMIT Y 表示一个圆片中不同点腐蚀速率的差别( WITHIN A WAFE)或两个以上 圆片片与片之间的腐蚀速率差异(WAFER TO WAFER 女口:假定一个圆片片内测试了 5个点，那就有5个速率值UNIFORMIT丫二 (MA

3、X ETCH RATEMIN ETCH RATE /2/ ( AVERAGE ETCH RATE100% 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 PROFILE CONTROL ANISOTROPIC ISOTROPIC 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。 IIMliCAI. THAThVMGl*W 8. CD- （CRITICAL DIMENSIONS关键尺寸 CD LOSS-条宽损失 9. LOADING-负

4、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 MACROLOADIN宏负载效应）-不同的暴露面积影响腐蚀速率差异 10. PROFILE -咅【J面形貌 IN 黑星30 H AEK.：注飞兀：円 PKOC： K-SS PROFILE DEFINITIONS ANISOTRO 户 IC FOOT UNDERCUT REVERSE UNDERCUT； RETROGRADE; aRFADLOAFING NOTCHING TAPERED：SLOPED API.IKII M4TkHlALA TT* ZMA LWEEr； 第二章干法腐蚀基本原理 干法腐蚀又

5、称等离子腐蚀。根据设备腔体结构的不同，可分为：圆 筒型等离子腐蚀平行板等离子腐蚀平行板反应离子腐蚀反应离子束 腐蚀离子束铣腐蚀等。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（PLASM）等离子体中包括有电子

6、、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。 腐慷气体入口 真空象 图8-38典型的等离子体腐彼设备 a)筒氏# (6)平扳式 反应离子腐蚀 图8-39反应离子鮒装置示懿 PLASMA FLOWING GAS r DfFFUSION TO SURFACE 厂-I上叮,1吐 I ! GENERATION OF .ETCHANT SPECIES ADSORPTION DIFFUSION INTO BULK GAS SI EP 1:

7、 Gas into the fh荷mber and reactive species are generated by electron/molecule collisions 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 13133Pa反应离子腐蚀的压力为 0.1313Pa,因此，到达阴极的正离子 具

8、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: PRECISION 8300 BASIC ETCH PROCESS THE 6 STEPS OF THE ETCHING PROCESS STAGNANT GAS 产、i二， WYERQ) | DESORPTION STKP 2： Etchant specie diffuse to the surface of the Him SILP 3： Etchant species nd$orti onto the STEP 4： Reaction must take place STEP 士 Pro

9、duct desorptiun occurs . 氐 Frodiactw MifTti强 Mck 血怕 the bulk gag 已nd 肝亡 pumped 耳种町 APPMEn MATER (A LS TECHNICAL TRAINING 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PUMPtt走。 第三章常用材料的等离子体腐蚀原理与工艺 1. POLY-SI, SI3N4, SI0

10、2 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* SF4 t SiO2+4F* 34 +02 t Si3N4+12F* 3SiF4 +2n2 t CFx( xSUOCPJdluclu 冃=kJJJmyp H 常 去一 8.E1 亡 adoMOJ U 匕 umluDJlquPEQJdxluusll* feu 专 no pu戏EJOOC B puc Eursu-sjx ynd QB flJluluu 89puD.3qLnPJrml fEU.2土 pp 皿 siumldGswdsff為 uluss.$qns wo

11、dpln U.2器 nuofl忌&0 占 卫Jioc 一話E FJQWNC&Mou pa PSP 电-Mg e*a*ci3mugpu ucftrlEw1UZ06 En 实用 FUNCTIONAL DESCRIFt lON Figure 3-11. EnHpoinl system r#proctss scnstm iMO-Qd-ii 第六章干法去胶 当SiO2或Al等待刻蚀材料腐蚀完毕后，起刻蚀掩蔽作用的光刻胶必 须去除干净，以给下一步工序留下一个清洁的表面。去胶的基本原则是 （1）去胶后硅片表面无残胶、残迹； （2）去胶工艺可靠，不损伤下层的衬底表面 （3）操作安全，简便 （4）无公害及生产成

12、本低。 目前除了采用湿法去胶外，还有等离子去胶（干法去胶）。我们所用的干法 去胶设备有A1000 （单片式），DES（筒式）。A1000去胶设备为一种等离子 体下游式去胶，其去胶方式可以更小的减少对硅片的等离子损伤。去胶使 用气体主要为02与光刻胶中的C反应生成CO去胶温度一般在150度 左右。 文档 Review A 10OO Training Manual Fffb-6 A 10OO Training IVIanuaj Pljksma T heory A small quantity of Nkrog?en is usdl tc act a tiLrfTer. preventing； tr

13、ie r0combirial.ion of Qf atoms iimtcj stable O7 mDlecules fcnefore sntermg the process diambH&r. Although nitre gen free rddiicls mre praducid 日吕 a byproduct of the plasma reaction, these have no attrsiiztian to thiei ptiotoresiist as Nrilrogen is an in总rt gas The日巴5吕“色0 尺5工1峙1冈 TheFilawma 丁斗曰e .4 |

14、 : Cjboa SO- 心疏、辿徂&巴*舟虫头禹&毛前佬金 氮气会阻止氧自由基的碰撞，起到阻碍（buffer ）的作用 实用 第七章在线腐蚀工艺中常见异常及处理方法 1.腐蚀不净 例：GASAD有SIN残余 原因分析：384设备腐蚀能力不足，片内均匀性差，不能满足1um以 下的产品工艺。 处理方法：改用P5K-SIN腐蚀1.0UM以下产品的GASAD 2. AL的后腐蚀 原因分析：AL腐蚀后去胶时间间隔太长，造成空气中的水气与光刻 胶中残留的CL离子反应生成HCL继续腐蚀ALo 处理方法：AL腐蚀后及时去胶，检查 AL腐蚀设备的压力及气体组 分对反应腔的影响。 3. AL腐蚀后TIN残留 原因分析：AL 的结构为 Ti375-TiN600A/ALSICU4500A/TIN500A 由于 AL 溅 射后表面有梅花状（分析为 Si析出），造成刻蚀难以腐蚀干净。 处理方法：优化腐蚀RECIPE调整AL溅射质量。 4. 过腐蚀 文: 例：AL过腐蚀造成AL条细，断条等。 原因分析： 1.错误找到终点，致腐蚀时间过长。 2 .错误选择腐蚀程序。 3 .来片膜厚偏薄等。 5. 残留物（同4） 一般指腐蚀以后圆片表面留有残留的膜，没有被刻蚀干净 原因分析：腐蚀时间不足或腐蚀程序设置不恰当。 处理方法：优化RECIPE 6. 糊胶/塌胶 原因分析：一般是由于硅片背面 He冷却流量太小造成反