干法腐蚀工艺设计培训讲义.doc

干法腐蚀工艺培训讲义目 录第一章 根本概念第二章 干法腐蚀根本原理第三章 常用材料的等离子体腐蚀原理与工艺第四章 干法腐蚀设备构造/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 腐蚀工艺中常见异常及处理法第一章 根本概念1． WHAT IS ETCHED？A process for removing material in a specified area through chemical reaction and/or physical bombardment.2. WHAT WE ETCHED"1) Dielectric (o*ide,nitride,etc.)2) Silicide (polysilicon and silicide)3) Silicon(single crystal silicon)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/MIN，A/MIN 来表示4.E/R UNIFORMITY表示一个圆片中不同点腐蚀速率的差异〔WITHIN A WAFER〕或两个以上圆片片与片之间的腐蚀速率差异〔WAFER TO WAFER。

〕 如：假定一个圆片片测试了5个点，那就有5个速率值UNIFORMITY=〔MA* ETCH RATE—MIN ETCH RATE〕/2/〔AVERAGE ETCH RATE〕*100%5. SELECTIVITY 是指两种不同膜的腐蚀速率比选择比反响腐蚀过程中主要被腐蚀膜对另一种膜的影响〔光刻胶，衬底等〕6. ISOTROPY---各向同性 腐蚀速率在纵向和横向上一样7．ANISOTROPY---各向异性 腐蚀速率在纵向和横向上不一样8．CD---〔CRITICAL DIMENSIONS〕关键尺寸 CD LOSS---条宽损失9．LOADING---负载效应 MICROLOADING〔微负载效应〕---不同的尺寸或纵深比例对腐蚀速率和选择比的影响MACROLOADING〔宏负载效应〕--不同的暴露面积影响腐蚀速率差异10．PROFILE ---剖面形貌第二章 干法腐蚀根本原理干法腐蚀又称等离子腐蚀根据设备腔体构造的不同，可分为：①圆筒型等离子腐蚀②平行板等离子腐蚀③平行板反响离子腐蚀④反响离子束腐蚀⑤离子束铣腐蚀等。

本文主要介绍等离子腐蚀和反响离子腐蚀的根本原理一、 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响的一种选择性腐蚀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到达平衡时，出现稳定的辉光放电现象，形成稳定的等离子体〔PLASMA〕等离子体中包括有电子、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外表发生化学反响，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二、 反响离子腐蚀三、 平板反响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根本对称、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〕，腐蚀主要是化学反响过程，腐蚀选择性好RF 加在上极板[RIE(2)]2． 反响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；反响压力更低平行平板等离子腐蚀装置的压力为13~133Pa；反响离子腐蚀的压力为0.13~13Pa，因此，到达阴极的正离子具有更大的能量与更强的指向阴极的向性，因而能获得各向异性腐蚀。

干法腐蚀工艺过程中包含6STEPS ：STEP1：气体进入腔体，在高频电场的作用下，电子/分子碰撞产生反响基团STEP2：反响基扩散到被腐蚀膜的外表STEP3：反响基被吸附在外表STEP4：发生化学反响STEP5：反响生成物解吸附发生STEP6：反响生成物扩散到反响剩余气体中一起被PUMP 抽走第三章 常用材料的等离子体腐蚀原理与工艺1．POLY-SI，SI3N4，SIO2 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* SiF4 SiO2+4F* SiF4 +O2 Si3N4+12F* 3SiF4 +2N2CF*〔*≤3〕与SiO2，SiN4 的反响速率比与Si的反响速率快在CF4中参加少量H2可以使CF*：F*的浓度比增加，从而使SiO2：Si及Si3N4：Si 的腐蚀速率比增大在 CF4中参加少量O2可增加Si，SiO2，Si3N4的腐蚀速率，原因是氧可以抑制F游离基在反响腔壁的损失，还有CF4+O2 F*+O*+COF*+COF2+CO+…，上式中的COF*寿命较长，当它运动到样品外表时发生下述反响：COF* F*+CO 4F*+Si SiF4 2. AL 的等离子腐蚀 因为ALF3是一种低挥发性物质，因而不能采用CF4作为腐蚀剂，通常用氯化物〔SiCL4，BCL3〕。

通常AL 外表总有一层约3NM的自然氧化层AL2O3，它阻碍了铝的腐蚀，使铝的腐蚀过程变的复杂在腐蚀铝之前，必须首先去除自然氧化层AL 腐蚀反响腔必须设计的能防止水气的侵入，因为腐蚀产物ALCL3具有准挥发性和吸水性，挥发不良的ALCL3 可沉积在反响腔壁上，当腔壁暴露在大气中时，ALCL3就吸收大量的水分，再次进展腐蚀时，吸收的水分就挥发并影响腐蚀过程 在腐蚀AL 的工艺中最长遇到的就是AL 的后腐蚀问题其原因是在光刻胶中残留有含CL 的反响产物，如与空气中的湿气就形成HCL，使AL 继续被腐蚀所以一般在腐蚀后立即通入含碳氟化物，以置换CL离子对于AL 腐蚀以后的去胶工艺时间间隔要求也很，一般要求不超过2小时 表一：常用材料的腐蚀剂待蚀材料腐蚀剂Si〔单晶〕CF4，CF4+O2多晶硅CF4，CL2/HBR，SF6，BCL3/CL2AL，AL-Si，AL-Si-CuCL2，BCL3，SiCL4，BCL3/CL2/CHF3SiO2〔BPSG〕CF4，C2F6，CHF3Si3N4SF6，CF4第四章 干法腐蚀设备构造/原理简介在腐蚀工艺过程中需要特别考虑的常见事项有：1． PROFILE2． CD LOSS3． O*IDE LOSS4． ETCH RATE5． ETCH UNIFORMITY6． SELECIVITY一．O*IDE 腐蚀6” 主要有LAM384T，ASIQ，P5K-O*IDE；5” 主要有AME8111。

主要腐蚀工艺有：腐蚀，通腐蚀，SPACER 腐蚀，钝化腐蚀等；腐蚀气体主要为CHF3，CF4，Ar，O2其中CHF3是产生POLYMER 的主要气体，可以提高对Si/POLY-Si，PR 的选择比； 调整CHF3/CF4 的比例，可以控制POLYMER的产生；Ar 为惰性气体，可以运载离子，增强离子轰击，帮助控制POLYMER，调整PROFILE；He 为反面冷却气体和通都要求有良好的AL 台阶覆盖 384T 为三电极式构造〔见下列图示〕，ASIQ 为4个腔体的 384T，P5K-O*IDE 为应用材料的M*P+，采用静电吸附硅片，可以提高腐蚀速率的均匀性 1．VIA 腐蚀一般分三步主要工艺 STEP1：O*IDE/PR=6：1STEP2：O*IDE/PR=1：2 STEP3：O*IDE/PR=2：1〔1：1〕----OVER ETCH STEP4：腔体清洗反响机理：CHF3 CF3+H CF3 CF2+F CHF3 CHF2+F CHF2 CHF+F影响选择比的几个主要因素：1) CHF3/CF4 RATIO2) PRESS3) Ar FLOW4) RF5) He COOLING6) 电极温度7) total concentration of　fluorinated　species2. spacer etch spacer作用：1〕实现注入自对准2〕保护POLY 侧壁 spacer腐蚀 STEP1：TEOS 终点控制 STEP2：LPSIN 终点控制/时间 STEP3：OVER ETCH STEP4：CLEANING 监控FO* 损失量/SPACER 宽度2． 腐蚀STEP1：ISO ETCH 〔AE2001-1#〕STEP2：ANISO ETCH 〔ASIQ/P5K-O*IDE RIE ETCH〕3．0.9 Ar FILLET 二、METAL ETCH 主要设备有H-200，T1612，P5K-METAL，AME8330主要腐蚀气体：CL2/BCL3/CF4/N21．AME8330 为多片式刻蚀系统，阳极为钟罩，阴极为六面体电极，共有18个硅片基座，LOADLOCK 可储存硅片，自动装片系统。

终点控制模式刻蚀和去胶在同一腔体，可以有效的消除AL 的后腐蚀2．P5000-METAL 为单片式刻蚀系统，有一个28位的硅片储存室，可以一次将所有圆片传入室，等待刻蚀两个PROCESS CHAMBER，一个STRIP CHAMBER三、POLY ETCH主要设备有P5K-POLY，T1611主要腐蚀气体为CL2，HBR，HCL等POLY ETCH PROCESS：STEP1-BREAKTHROUGH STEP〔OPTIONAL〕 STEP2-MAIN ETCH STEP 〔OPTICAL EMISSION ENDPOINT〕 STEP3-OVER ETCH STEP POLY 腐蚀工艺中需注意的是：1． POST-ETCH SIDEWALL2． STRINGERS3． MICROLOADING4． UNIFORMITY5． PROFILE/CD CONTROL6． SELECTIVITY TO O*IDE7． POLYSi：PR SELECTIVITYCF4 主要用于STEP1 ，以去除POLY 外表的一层自然氧化层，有时在POLY 光刻之前如有一步HF DIP，STEP1 可以不做。

CL2 是主要腐蚀气体；HBr可以形成POLYMER 保护侧壁，提高对PR 的选择比；参加He-O2 可以提高对O*IDE 的选择比第五章 干法腐蚀工艺中的终点检测 早期的监控法是计时法：假定被腐蚀材料的膜厚，先通过实验确定腐蚀速率，然后在工艺过程中，由计时确定终点，单由于影响腐蚀速率的因素很多〔如压力，温度，流量，气体比例等〕，腐蚀速率难于重复，用定时的法不能满足工艺要求用观察腐蚀过程中腐蚀层干预颜色的变化来确定终点，其法虽然简单，但它要求操作者能够识别不同复合层的图形颜色，而且需要有充分的暴露面积以供腐蚀过程中用肉眼观察，因。