1、1干法腐蝕和濕法腐蝕2目錄 介紹 術(shù)語 濕法和干法腐蝕 等離子體基礎(chǔ) 具體的腐蝕工藝介紹 3腐蝕的定義 腐蝕工藝就是從表面除去材料 化學(xué)，物理，結(jié)合三種作用 選擇性的或整體腐蝕 選擇性腐蝕將IC設(shè)計的圖象通過光刻膠轉(zhuǎn)移到硅片表面層上去 4柵掩膜的對準(zhǔn) 5柵掩膜的曝光 6顯影、后烘、檢查7腐蝕多晶8腐蝕多晶（續(xù)）9去膠10工藝流程11腐蝕的術(shù)語 腐蝕速率 選擇比 腐蝕均勻性 腐蝕剖面 濕法腐蝕 干法腐蝕 反應(yīng)離子腐蝕（RIE） 終點12腐蝕速率 腐蝕速率用這種材料從硅片表面被腐蝕有多快來衡量13腐蝕速率 14腐蝕均勻性 腐蝕均勻性用片內(nèi)和片間的工藝可重復(fù)性來衡量 厚度測量測的是不同點的腐蝕之前和

2、腐蝕之后 越多的測量電,越高的準(zhǔn)確性 通常使用的是標(biāo)準(zhǔn)偏差定義 不同的定義給出不同的結(jié)果15標(biāo)準(zhǔn)偏差的非均勻性 N 個點的測量 16最大-最小的均勻性 腐蝕的不均勻性可以通過下面的等式（叫做最大最小均勻性）來計算17選擇比 選擇比是不同材料的腐蝕速率之比 在圖形腐蝕方面很重要 選擇比是對下層薄膜和對光刻膠18選擇比19選擇比20Etch Profiles 21Etch Profiles 22負(fù)載效應(yīng): macro loading 硅片上較大的曝露區(qū)域和較小的曝露區(qū)域的腐蝕速率是不同的 主要影響批腐蝕的工藝 在單片工藝上有較小的影響23負(fù)載效應(yīng): micro loading 較小的孔腐蝕速率相對

3、于較大的孔的腐蝕速率來說比較低 腐蝕物質(zhì)比較難通過較小的孔 腐蝕的副產(chǎn)物更難擴(kuò)散出來 較低的氣體壓力能使這個效應(yīng)最小化 越大的平均自由程，對腐蝕物質(zhì)要到達(dá)薄膜表面以及腐蝕的副產(chǎn)物要出來就越容易24Micro loading25Pro Loading 26過腐蝕 薄膜的厚度和腐蝕速率都是不同的 過腐蝕：除去這些殘留的薄膜 要被腐蝕的薄膜和下層的選擇比 RIE（反應(yīng)離子腐蝕）使用光學(xué)的終點來達(dá)到從主腐蝕到過腐蝕的轉(zhuǎn)換27開始腐蝕工藝 28主腐蝕的終點 29過腐蝕之后 30殘留物 不希望的殘留物 原因 過腐蝕不夠充分 腐蝕副產(chǎn)物不揮發(fā)31過腐蝕不充分 32表面上不揮發(fā)的副產(chǎn)物33殘留物 適當(dāng)?shù)倪^腐蝕

4、 不揮發(fā)的殘留物的清除 足夠的離子轟擊來清除 適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)腐蝕來除去 氧氣等離子體去膠: 有機(jī)殘留物 濕法化學(xué)清洗: 無機(jī)殘留物 34濕法腐蝕35濕法腐蝕 化學(xué)的解決方法來溶解硅片表面上的物質(zhì) 副產(chǎn)物是氣體，液體或可溶在腐蝕溶液中的物質(zhì) 三個基本步驟：腐蝕，漂洗，甩干36基本的濕法腐蝕步驟 腐蝕甩干37濕法腐蝕 純粹的化學(xué)過程，各向同性的剖面 廣泛使用在特征尺寸大于3um的IC產(chǎn)業(yè)中 仍就使用在先進(jìn)的IC廠里 硅片清洗 整個薄膜的剝離 38濕法腐蝕的剖面 不能使用在特征尺寸小于3um的工藝上 被等離子體腐蝕所代替39濕法腐蝕的應(yīng)用 濕法腐蝕不能使用在CD 3, 腐蝕占主導(dǎo)地位 F/C 2, 聚合

5、占主導(dǎo)地位 當(dāng)腐蝕二氧化硅,氧氣的副產(chǎn)物能同C反應(yīng)來釋放更多的氟 當(dāng)腐蝕硅或硅化物時,沒有氧氣釋放,氟被消耗, F/C比降低到小于2，開始聚合物的淀積 聚合物阻礙更進(jìn)一步的腐蝕 BPSG-to-TiSi2的高選擇比 90電介質(zhì)腐蝕91F/C比, DC Bias and Polymerization 92通孔腐蝕 腐蝕USG 為了金屬和金屬間的互連而開通孔 需要對金屬和光刻膠的高選擇比 氟化學(xué)93腐蝕通孔 氟作為主要腐蝕劑 CF4, CHF3和Ar都在腐蝕中使用. O2或H2也能使用 對金屬的高選擇比 避免金屬濺射 94電介質(zhì)腐蝕的概要 95單晶硅腐蝕 光刻膠可以引起襯底污染 氯/溴化學(xué) Cl2

6、/HBr作為主腐蝕劑 96單晶硅腐蝕化學(xué) 少量的O2來對側(cè)壁鈍化 少的NF3來阻止black silicon 定時腐蝕 97金屬腐蝕 腐蝕AlCu金屬疊層來形成金屬互連 通常使用 Cl2 + BCl3 不管用物理的還是化學(xué)的方法，需要腐掉Cu 在硅片曝露到大氣中的濕氣前需要去膠98腐蝕金屬 為了金屬互連 Cl2 作為主腐蝕劑 BCl3, N2用來側(cè)壁鈍化 O2用來調(diào)高對二氧化硅的選擇比 主要問題:腐蝕剖面和避免腐蝕殘留 金屬晶粒尺寸能影響腐蝕工藝 99金屬腐蝕化學(xué) 100干法去膠 Remote plasma source 沒有離子轟擊的自由基團(tuán) 高氣壓,微波等離子體 防止金屬侵蝕對金屬腐蝕后殘

7、留在PR中的氯去除是很重要的 提高產(chǎn)能和成品率101干法去膠 O2, H2O chemistry 102干法去膠工藝103總結(jié) 腐蝕就是將光刻膠的圖形轉(zhuǎn)移到硅片表面材料上的過程.。 腐蝕分為濕法腐蝕和干法腐蝕。 干法腐蝕被廣泛用自圖形腐蝕工藝中。104SIN 腐蝕 腐蝕設(shè)備是LAM490，低壓力，終點控制，腐蝕氣體主要是SF6，SIN對OXIDE 的選擇比在3左右。SIN腐蝕需要特別注意是就是1.保證SIN 腐蝕干凈2.留有一定的SIO2，不能腐蝕到SI襯底上。3.由于SIN及PAD OXIDE 的厚度都較薄，所以對腐蝕均勻性的要求也很高。在線監(jiān)測腐蝕后的殘氧。 105孔腐蝕 STEP1：IS

8、O ETCH （各向同性腐蝕） STEP2：ANISO ETCH （各向異性腐蝕） 106孔腐蝕 需要注意的是1.要保證有一定的過腐蝕量（即孔要腐蝕干凈），否則孔的接觸電阻會很大，其他一些參數(shù)會測不出來。2.過腐蝕量又不能太大；所以必需要有OXIDE 對SI/POLY-SI的選擇比很高（一般大于10）來做保證。 107平坦化工藝 當(dāng)器件集成度提高，器件尺寸越來越小，需要用到雙層（多層）布線的時候，平坦化的工藝也隨之引入生產(chǎn)。隨著器件的形成，在圓片上的膜層見多（FOX，POLY1，POLY2，D1，M1 等），圓片表面的平整度變差，這是對光刻機(jī)形成了挑戰(zhàn)；平坦化的目的就是要減小減小臺階差異，給光

9、刻提供有利條件。 108VIA 腐蝕 VIA 是使M1/M2 連接起來的通道。同樣要是M1/M2 連接的好，需要有良好的VIA 形貌來保證M2 的臺階覆蓋。 VIA腐蝕要注意1.VIA 要腐蝕干凈 2.最終的介質(zhì)厚度要控制住，不能太?。ㄔ斐蒑1，M2間漏電），也不能太厚（M2臺階覆蓋不良）。 109VIA 腐蝕110鈍化腐蝕 鈍化的目的是給器件以表面保護(hù)作用。一般鈍化層采用PEOXIDE/PESIN 雙層介質(zhì)。 111POLY ETCH 主要設(shè)備有LAM9406、LAM490。 主要腐蝕氣體為CL2，HBR，HCL等。 POLY ETCH PROCESS： STEP1-BREAKTHROUGH

10、 STEP（OPTIONAL） STEP2-MAIN ETCH STEP（OPTICAL EMISSION ENDPOINT） STEP3-OVER ETCH STEP 112POLY ETCH CF4 主要用于STEP1 ，以去除POLY 表面的一層自然氧化層，有時在POLY 光刻之前如有一步HF DIP，STEP1 可以不做。 CL2 是主要腐蝕氣體；HBr可以形成POLYMER 保護(hù)側(cè)壁，提高對PR 的選擇比；加入He-O2 可以提高對OXIDE 的選擇比。 在線監(jiān)測腐蝕后的殘氧，但由于POLY腐蝕以后一般氧化層表面都有一些POLYMER 附著，所以腐蝕后測的殘氧值通常并不是真實的，經(jīng)1

11、00：1HF DIP 10SEC之后測量的值才是真實的殘氧值。 113METAL ETCH 主要設(shè)備有AME8330，TCP9600 主要腐蝕氣體：CL2/BCL3/CF4/N2 1AME8330：為多片式刻蝕系統(tǒng)，陽極為鐘罩，陰極為六面體電極，共有18個硅片基座，LOADLOCK 可儲存硅片，自動裝片系統(tǒng)。終點控制模式?？涛g和去膠在同一腔體，可以有效的消除AL 的后腐蝕。 2TCP9600：2001年新進(jìn)擴(kuò)產(chǎn)設(shè)備，同樣為單片式刻蝕系統(tǒng)，與上述兩臺設(shè)備的區(qū)別之處在于Plasma的形成方式不同，并且該設(shè)備有一個自帶的流水腔 METAL腐蝕后一定要注意去膠及時，否則，如前所述，會有AL的后腐蝕發(fā)生

12、。 114 RESIDUE CLEAN 主要用于去除在腐蝕時產(chǎn)生的付產(chǎn)品的清洗,如AL腐蝕后用ACT-CMI，EKC265等進(jìn)行清洗,在鈍化后進(jìn)行清洗等. 清洗前后的SEM圖片對比如下： 115濕法腐蝕工藝 濕法腐蝕工藝由于其低成本,高產(chǎn)出,高可靠性以及其優(yōu)良的選擇比是其優(yōu)點而仍被廣泛接受和使用?；旧鲜歉飨蛲?因此他們腐蝕后的尺寸要比定義的尺寸小,須在版上加一定量的BIAS.因此主要適用于大尺寸條寬的器件生產(chǎn).同時現(xiàn)有的濕法腐蝕設(shè)備正朝著以下方向發(fā)展：1）自動化，2）在微處理器控制下提高在腐蝕狀態(tài)下的重復(fù)性，以幫助工藝工程師提供更良好的控制，阻止人為因素的影響。3）點控制過濾控制，以減小腐

13、蝕過程中缺陷的產(chǎn)生，4）自動噴淋設(shè)備的開發(fā)。 116濕法腐蝕 主要缺點有: A: 腐蝕液及DI WATER的成本比干法腐蝕用氣體成本高; B: 在處理化學(xué)藥液時給人帶來安全問題; C: 光刻膠的黏附性問題 D: 有氣體產(chǎn)生以及不徹底的腐蝕及均勻性差等問題 E: 排風(fēng)問題 117濕法腐蝕機(jī)理 濕法腐蝕的產(chǎn)生一般可分為3步: 1: 反應(yīng)物(指化學(xué)藥劑)擴(kuò)散到反應(yīng)表面 2: 實際反應(yīng)(化學(xué)反應(yīng)) 3:反應(yīng)生成物通過擴(kuò)散脫離反應(yīng)表面 118影響濕法腐蝕的因素 濕法腐蝕質(zhì)量的好壞，取決于多種因素，主要的影響因素有： 1: 掩膜材料(主要指光刻膠)： 顯影不清和曝光強(qiáng)度不夠，會使顯影時留有殘膠，通常會使腐

14、蝕不凈。 2:須腐蝕膜的類型(指如SIO2,POLY , SILICON等) 3:腐蝕速率：腐蝕速率的變化會使腐蝕效果發(fā)生改變，經(jīng)常會導(dǎo)致腐蝕不凈或嚴(yán)重過腐蝕，從而造成異常，影響腐蝕速率的因素可見下面的影響因素。 4:浸潤與否：由于在濕法腐蝕時由于腐蝕液與膜間存在表面張力，從而使腐蝕液難于到達(dá)或進(jìn)入被腐蝕表面和孔，難于實現(xiàn)腐蝕的目的。大多數(shù)情況下，為減小表面張力的影響，會在腐蝕槽中加入一定量的浸潤。 119影響E/R的因素: 1: 腐蝕槽的溫度 2: 膜的類型(如SIO2,POLY , SILICON等) 3: 晶向 4: 膜的形成(是熱生長形成或摻雜形成) 5: 膜的密度(THERMAL O

15、R LTO) 6: 腐蝕時的作業(yè)方式(噴淋,浸沒或是旋轉(zhuǎn)) 7: 藥液成分的變化 8: 腐蝕時有無攪動或?qū)α鞯?120 所有上述因素均是查找異常原因的因素,同時膜的摻雜類型及含量也影響E/R,因為外加的摻雜劑改變了膜的密度,例如摻P的氧化層比熱氧化層E/R快得多,而摻B的氧化層要慢得多.下圖顯示了摻P的CVD SIO2與熱氧化OXIDE 在BOE中的不同的腐蝕速率對比。 121SIO2腐蝕: 濕法腐蝕SIO2在微電子技術(shù)應(yīng)用中通常是用HF來實現(xiàn),其反應(yīng)方程式為: SIO2+6HF-H2 +SIF6+2H2O 一般HF濃度為49%，此反應(yīng)對于控制來說太快,因此常采用緩沖HF來替代(BOE或BHF

16、),加入NH4F,可以減少F-的分解,從而使反應(yīng)更穩(wěn)定,而且非緩沖HF對膠和接口產(chǎn)生不良影響. 有資料表明，BHF中NH4F的濃度過大而會嚴(yán)重影響其E/R 的均勻性及E/R線性。同時研究表明，在低溫下生成固態(tài)的NH4HF2，這些固態(tài)物質(zhì)能產(chǎn)生顆粒并導(dǎo)致藥液組分的變化，當(dāng)NH4F含量（重量比）為15%時，能有效的解決此問題。在腐蝕SIO2時，為了適應(yīng)不同的工藝要求（如去除SIO2的膜厚，為更好的控制E/R），可以選擇不同的HF濃度配比及工藝條件進(jìn)行腐蝕。 122SI 腐蝕 不管單晶硅和多晶硅，都能被HNO3和HF的混和液腐蝕掉，反應(yīng)最初是由HNO3在表面形成一層SIO2,然后被HF溶解掉,其反應(yīng)

17、方程式為: SI + HNO3 + 6HF-H2SIO6 + HNO2 + H2 + H2O 常把CH3COOH作為緩沖溶劑,因可以減少HNO3的分解以提高HNO3的濃度. 123SIN腐蝕 SIN可被沸騰(160C左右)的85%的H3PO4溶液所腐蝕,然而膠常被去掉,因此有時采用SIO2作為掩蔽層來對SIN進(jìn)行腐蝕,SIO2圖形有光刻膠形成,然后去膠,接下來進(jìn)行H3PO4對SIN 腐蝕. 我們一般是在場氧化后進(jìn)行SIN的全剝,由于是在高溫下進(jìn)行了氧化,因此在SIN表面有一層SINO層, 此層不溶于H3PO4而溶于HF,因此在進(jìn)H3PO4槽時必須先進(jìn)HF槽以去除SINO膜,然后進(jìn)行SIN的全剝

18、. 124AL 腐蝕 濕法AL 及AL 合金腐蝕常在加熱的H3PO4+HNO3+ CH3COOH及水的混合液中進(jìn)行,溫度大約是35C45C,典型的組分為: 80%H3PO4 +5%HNO3+5%CH3COOH+10% H2O,其E/R常受到諸多因素的影響,如溫度,藥液組分,AL膜的純度以及合金組分等. 反應(yīng)式如下: HNO3 + AL + H3PO4 AL2O3+H2O+ H2 在反應(yīng)時會產(chǎn)生H2,當(dāng)H2附在AL 表面時會阻礙反應(yīng),因此在腐蝕時加入鼓泡以減小此問題,由于H2及其它問題,如濺射時的沾污及自然氧化層的影響,一般在腐蝕時假如1050%的過腐蝕量以確保能完全腐蝕干凈.濕法AL 腐蝕也常

19、單用80%的H3PO4進(jìn)行腐蝕. 125濕法腐蝕注意事項 由于濕法腐蝕的特性，在對不同的材料進(jìn)行腐蝕時必須選擇相應(yīng)的腐蝕藥液和工藝條件，在開發(fā)濕法腐蝕和清洗菜單時必須注意此藥液對硅片上其它膜層和材料的影響，同時必須考慮濕法腐蝕特性所帶來的一些其它問題。 1:AL 及AL以后的片子的去膠不能進(jìn)SH槽; 2:濕法氧化物腐蝕前必須進(jìn)行充分的浸潤; 3:須做先行的片子根據(jù)先行結(jié)果適當(dāng)調(diào)整腐蝕時間； 4:對濕法氧化物腐蝕檢查,原則上檢查膜厚最厚且小圖形處和大塊 被腐蝕區(qū)域應(yīng)保證干凈; 5:對濕法AL腐蝕檢查,主要檢查小圖形及橫跨臺階的AL條是否有 殘AL 及AL 條缺口嚴(yán)重和斷AL 現(xiàn)象; 6: 所有腐

20、蝕時間加參考的均僅供參考, E/R及膜厚正常的情況下,可 按參考時間作業(yè),在E/R和膜厚變化較大時,可適當(dāng)調(diào)整腐蝕時間; 126濕法去膠 1: 有機(jī)去膠 有機(jī)去膠是通過拆散膠層結(jié)構(gòu)而達(dá)到去膠的目的.但其限制性較大,象常用的藥液有DMF,ACT,EKC等. 2: 非有機(jī)去膠 目前常用的是H2SO4與H2O2加熱到120-140C左右,其強(qiáng)氧化性使膠中的C氧化成CO2,并生產(chǎn)H2O.值得一提的是,此類去膠常用在無金屬層上,也就是說在AL及AL 以后層次的去膠不能用此類去膠,此類去膠也常用在干法去膠后加一步濕法去膠(主要是大劑量注入和較差的干法去膠后. 3: 去膠未凈后的處理方法: 如檢查去膠未凈,常用的方法是繼續(xù)去膠或用以下兩中方法去膠 A: 使用稀HF進(jìn)行漂洗,然后流水甩干; 127常見工藝要求和異常（干法腐蝕） 128SIN 殘余 原因分析：設(shè)備腐蝕能力不足，片內(nèi)均勻性差。 處理方法：優(yōu)化工藝，或換成工藝能力大的設(shè)備進(jìn)行腐蝕。129AL 的后腐蝕 原因分析：AL 腐蝕后去膠時間間隔太長，造成空氣中的水氣與光刻膠中殘留的CL離子反應(yīng)生成HCL，繼續(xù)腐蝕AL。 處理方法：AL腐蝕后及時去膠，檢查AL 腐蝕設(shè)備的壓力及氣體組分對反應(yīng)腔的影響。 130過腐蝕 例：AL 過腐蝕造成AL 條細(xì)，斷條等。 原因分析：1.錯誤找到終點，致腐蝕時間過長。 2錯誤選擇腐蝕