1、1/33,集成电路工艺原理,仇志军邯郸校区物理楼435室,2/33,大纲,第一章 前言第二章 晶体生长第三章 实验室净化及硅片清洗第四章 光刻第五章 热氧化第六章 热扩散第七章 离子注入第八章 薄膜淀积第九章 刻蚀第十章 接触与互连第十一章 后端工艺与集成第十二章 未来趋势与挑战,3/33,两大关键问题：选择性方向性：各向同性/各向异性,待刻材料的刻蚀速率,掩膜或下层材料的刻蚀速率,横向刻蚀速率,纵向刻蚀速率,图形转移光刻刻蚀,4/33,刻蚀的性能参数,5/33,A0 0A 腐蚀速度：R(100) 100 R(111),12/33,HNA各向同性腐蚀,自终止,13/33,14/33,湿法腐蚀的
2、缺点,在大规模集成电路制造中，湿法腐蚀正被干法刻蚀所替代：（1）湿法腐蚀是各向同性，干法可以是各向异性（2）干法腐蚀能达到高的分辨率，湿法腐蚀较差（3）湿法腐蚀需大量的腐蚀性化学试剂，对人体和环境有害（4）湿法腐蚀需大量的化学试剂去冲洗腐蚀剂剩余物，不经济,15/33,干法刻蚀,化学刻蚀（各项同性，选择性好）等离子体激活的化学反应(等离子体刻蚀)物理刻蚀（各向异性，选择性差）高能离子的轰击 (溅射刻蚀) 离子增强刻蚀（各向异性，选择性较好）反应离子刻蚀,16/33,化学刻蚀 物理刻蚀,17/33,离子增强刻蚀-Ion Enhanced etching,等离子体刻蚀的化学和物理过程并不是两个相互
3、独立的过程，而且相互有增强作用,无离子，XeF2对Si不刻蚀纯Ar离子，对Si不刻蚀Ar离子和XeF2相互作用，刻蚀速率很快,物理过程（如离子轰击造成的断键/晶格损伤、辅助挥发性反应产物的生成、表面抑制物的去除等）将有助于表面化学过程/化学反应的进行,18/33,典型的RF等离子刻蚀系统和PECVD或溅射系统类似,19/33,Sputtering mode：硅片置于右侧电极，该电极接地（反应腔体通常也接地，则增大该电极有效面积）；右侧暗区电压差小，通过离子轰击的物理刻蚀很弱,RIE mode：硅片置于面积较小的左侧电极，右电极仍接地；左侧暗区电压差大，通过离子轰击的物理刻蚀很强,20/33,反
4、应离子刻蚀（RIE）：常用刻蚀气体为含卤素的物质，如CF4，SiF6，Cl2，HBr等，加入添加气体如：O2，H2，Ar等。O2 用于刻蚀光刻胶。,反应产物必须是气相或者易挥发（volatile）,21/33,CF4等离子体,22/33,23/33,Si+4F*SiF4 SiO2+4F*SiF4 +O2 Si3N4+12F*3SiF4 +2N2,硅、Si3N4和SiO2刻蚀,CF4中添加少量O2可增加对Si，SiO2和Si3N4的腐蚀速率,少量添加气体可增加选择性,10%O2可获得最大的Si/SiO2刻蚀比,24/33,在CF4中加入少量H2，可使CFx：F*的浓度比增加。 从而使SiO2:Si及Si3N4：Si的腐蚀速率比增大,25/33,增加F/C比（加氧气），可以增加刻蚀速率减少F/C比（加氢气），刻蚀过程倾向于形成高分子膜,26/33,刻蚀方向性的增加,增加离子轰击（物理刻蚀分量）侧壁增加抑制物（inhibitor）,DRIE,27/33,28/33,29/33,30/33,31/33,32/33,本节课主要内容,干法刻蚀,纯物理刻蚀,纯化学刻蚀,反应离子刻蚀RIE增加方向性、选择性的方法CF4/O2,湿法腐蚀：SiHNA各向同性 KOH各向异性SiO2HF,MEMS,
