綜述報告——刻蝕簡介

1、微加工技術(shù)刻蝕簡介自從半導(dǎo)體誕生以來，很大程度上改變了人類的生產(chǎn)和生活。半導(dǎo)體除在計算機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用之外，還廣泛地應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)、自動遙控及國防科技領(lǐng)域。本文主要介紹半導(dǎo)體制造工藝中的刻蝕工藝。隨著半導(dǎo)體制造大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，圖形加工線條越來越細(xì)，硅片尺寸越來越大，對刻蝕工藝的要求也越來高。因此，學(xué)習(xí)了解刻蝕工藝十分必要。本文將主要從刻蝕簡介、刻蝕參數(shù)及現(xiàn)象、干法刻蝕和濕法刻蝕四個方面進(jìn)行論述。1、刻蝕簡介1.1 刻蝕定義及目的刻蝕就是用化學(xué)的、物理的或同時使用化學(xué)和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜層除去，從而在薄膜上得到和抗蝕劑膜上完全一致的圖形?？涛g的基本目的，是

2、在涂光刻膠( 或有掩膜 ) 的硅片上正確的復(fù)制出掩膜圖形 1 ?？涛g，通常是在光刻工藝之后進(jìn)行。通過刻蝕，在光刻工藝之后，將想要的圖形留在硅片上。從這一角度而言，刻蝕可以被稱之為最終的和最主要的圖形轉(zhuǎn)移工藝步驟。在通常的刻蝕過程中，有圖形的光刻膠層或掩膜層 ) 將不受到腐蝕源顯著的侵蝕或刻蝕，可作為掩蔽膜，保護(hù)硅片上的部分特殊區(qū)域，而未被光刻膠保護(hù)的區(qū)域，則被選擇性的刻蝕掉。其工藝流程示意圖如下。11.2 刻蝕的分類從工藝上分類的話，在半導(dǎo)體制造中有兩種基本的刻蝕工藝：干法刻蝕和濕法腐蝕。干法刻蝕，是利用氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，通過經(jīng)光刻而開出的掩蔽層窗口，與暴露于等離子體中的硅片行物理和化學(xué)反

3、應(yīng)，刻蝕掉硅片上暴露的表面材料的一種工藝技術(shù)法 1 。該工藝技術(shù)的突出優(yōu)點在于，是 各向異性刻蝕（側(cè)向腐蝕速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縱向腐蝕速度，側(cè)向幾乎不被腐蝕） ，因此可以獲得極其精確的特征圖形。超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求微細(xì)化加工工藝能夠嚴(yán)格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成極其精確的圖形轉(zhuǎn)移。任何偏離工藝要求的圖形或尺寸，都可能直接影響產(chǎn)品性能或品質(zhì)，給生產(chǎn)帶來無法彌補(bǔ)的損害。由于干法刻蝕技術(shù)在圖形轉(zhuǎn)移上的突出表現(xiàn)，己成為亞微米尺寸下器件刻蝕的最主要工藝方法。在特征圖形的制作上，已基本取代了濕法腐蝕技術(shù)。對于濕法腐蝕，就是用液體化學(xué)試劑 (如酸、堿和溶劑等 )以化學(xué)的方式去除硅片表面的材料。當(dāng)然，在

4、通過濕法腐蝕獲得特征圖形時，也要通過經(jīng)光刻開出的掩膜層窗口，腐蝕掉露出的表面材料。但從控制圖形形狀和尺寸的準(zhǔn)確性角度而言，由于濕法刻蝕是 各向同性刻蝕（側(cè)向與縱向腐蝕速度相同），在形成特征圖形方面，濕法腐蝕一般只被用于尺寸較大的情況 (大于 3 微米 )。由于這一特點，濕法腐蝕遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有干法刻蝕的應(yīng)用廣泛。但由于它的高選擇比和批量制作模式，濕法腐蝕仍被廣泛應(yīng)用在腐蝕層間膜、去除干法刻蝕殘留物和顆粒等工藝步驟中。干法刻蝕和濕法刻蝕的區(qū)別可以見如下示意圖。（a）濕法刻蝕的各向同性刻蝕剖面（b）干法刻蝕的各向異性刻蝕剖面從刻蝕材料上來分類的話，刻蝕主要可分為金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕、硅（多2晶硅）刻蝕。2、

5、刻蝕參數(shù)及現(xiàn)象在刻蝕過程中， 刻蝕速率、均勻性、選擇比是刻蝕最主要的刻蝕參數(shù)。以下我們將分別進(jìn)行介紹。2.1 刻蝕速率刻蝕速率是指刻蝕過程中去除表面材料的速度，通常用 A/min 表示。通常對于量產(chǎn)，為提高產(chǎn)能，希望有較高的刻蝕速率。在采用單片工藝的干法刻蝕設(shè)備中，這一參數(shù)是非常重要的?？涛g速率的計算公式如下1ER (etch rate)=T/tER：刻蝕速率；T ：刻蝕量； t：刻蝕時間；刻蝕量單位為 (A 或 m)，刻蝕時間單位為分鐘 (min)。刻蝕速率由工藝和設(shè)備變量決定。如，被刻蝕材料類型、刻蝕機(jī)的結(jié)構(gòu)配置、使用的氣體和工藝參數(shù)設(shè)置。刻蝕速率通常正比于刻蝕劑的濃度。硅片表面幾何形狀等

6、因素不同，可造成不同的硅片之間不同的刻蝕速率。如，被刻蝕的面積較大，則會消耗較多的刻蝕劑，也就是說大部分氣相刻蝕基在等離子反應(yīng)過程中被消耗了，刻蝕劑濃度下降，刻蝕速率就隨之減慢。反之，需刻蝕的面積較小，刻蝕速率就相對快些。這種現(xiàn)象，被稱為負(fù)載效應(yīng)。對于負(fù)載效應(yīng)帶來的刻蝕速率的變化，在有效的終點檢測中起著重要的作用。2.2 均勻性刻蝕速率的均一性，直接影響刻蝕整體的均勻性，是保證硅片刻蝕圖形一致性的基礎(chǔ)參數(shù)。其計算公式如下1Ux=士 Eave/2(Emax-Em i n)*100%E：面內(nèi)各點刻蝕速率的平均值；Emax：面內(nèi)刻蝕速率最大值；Emin：面內(nèi)刻蝕速率最小值； x：被刻蝕材料 x 的速

7、率均一性， Ux 的單位為(士%)等離子密度的分布、刻蝕腔體的構(gòu)造均會影響刻蝕速率的均一性。一般而言，刻蝕速率的均一性受刻蝕腔體的限制，不同的刻蝕設(shè)備之間，在某一刻蝕速率的均一性上會有差別，體現(xiàn)出不同設(shè)備的性質(zhì)。32.3 選擇比選擇比，指在同一種刻蝕條件下，被刻蝕材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率的比值。如，對光刻膠的選擇比計算公式，如下所示1 ：Sr=Ef/ErSr：對光刻膠的選擇比，Ef:：被刻蝕材料刻蝕速率， Er：光刻膠刻蝕速率選擇比低可以低到 1:1，意味著被刻材料和另一種材料被去除的一樣快。而選擇比高可以高到 100:1 甚至 100 以上，意味著被刻蝕材料相對與另一種材料易被去

8、除，而在去除過程中，不影響對另一種材料的刻蝕，將過刻蝕影響降致最低。至于刻蝕條件中，應(yīng)使用多高的選擇比，則應(yīng)根據(jù)被刻蝕膜膜質(zhì)的情況、圖形的結(jié)構(gòu)和對所要刻蝕圖形的形狀、尺寸的要求，來選擇適當(dāng)?shù)倪x擇比。選擇比高，有利于刻蝕高寬比較高的圖形。但，對于多層膜結(jié)構(gòu)的圖形，在進(jìn)行層間刻蝕時，則不適合使用選擇比高的刻蝕條件。基于以上基本參數(shù)，我們可以根據(jù)工藝的需要，在調(diào)整實際刻蝕工藝參數(shù)時，對這些基礎(chǔ)刻蝕參數(shù)進(jìn)行選擇和組合，以獲得滿足需要的刻蝕圖形。另外，從刻蝕管理的角度而言，除如上三種基本刻蝕參數(shù)外，刻蝕的整體均勻性、腔體之間的工藝差、刻蝕中的顆粒污染、殘留物、等離子損傷等，均屬于刻蝕參數(shù)范疇。它們將在刻

9、蝕的整個工藝評價中，被逐一確認(rèn)。只有既達(dá)到刻蝕參數(shù)的要求，又能刻蝕出符合規(guī)格的圖形，這樣的刻蝕條件，才能被應(yīng)用在實際的量產(chǎn)中。3、干法刻蝕3.1 干法刻蝕原理干法刻蝕，是利用氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，通過經(jīng)光刻而開出的掩蔽層窗口，與暴露于等離子體中的硅片行物理和化學(xué)反應(yīng)，刻蝕掉硅片上暴露的表面材料的一種工藝技術(shù)法。所謂的等離子體，是宇宙中常見的物質(zhì)，其中包含了中性的粒子、離子和電子，它們混合在一起，表現(xiàn)為電中性。在干法刻蝕中，氣體中的分子和原子，通過外部能量的激發(fā)，形成震蕩，使質(zhì)量較輕的電子脫離原子的軌道與相鄰的分子或原子碰撞，釋放出其他電子，在這樣的反復(fù)過程4中，最終形成氣體離子與自由活性激團(tuán)。

10、而干法刻蝕，則利用了氣體等離子體中的自由活性激團(tuán)與離子，與被刻蝕表面進(jìn)行反應(yīng)，以此形成最終的特征圖形2 。3.2 干法刻蝕過程干法刻蝕的過程如下圖所示。干法刻蝕時，在樣品表面同時發(fā)生物理作用和化學(xué)作用。反應(yīng)腔體內(nèi)氣體等離子體中的離子，在反應(yīng)腔體的扁壓作用下，對被刻蝕的表面進(jìn)行轟擊，形成損傷層，從而加速了等離子中的自由活性激團(tuán)在其表面的化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)反應(yīng)后產(chǎn)生的反應(yīng)生成物，一部分被分子泵從腔體排氣口排出，一部分則在刻蝕的側(cè)壁上形成淀積層。干法刻蝕就是在自由活性激團(tuán)與表面反應(yīng)和反應(yīng)生成物不斷淀積的過程中完成的。離子轟擊體現(xiàn)了干法刻蝕的各向異性，而由于側(cè)壁的淀積，則很好的抑制了自由活性激團(tuán)反應(yīng)時，同性

11、作用對側(cè)壁的刻蝕3 。正因為干法刻蝕這一物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的獨特方式，在各向異性和各向同性的相互作用下，可以精確的控制圖形的尺寸和形狀，體現(xiàn)出濕法刻蝕無法比擬的優(yōu)越性，成為亞微米圖形刻蝕的主要工藝技術(shù)之一?？涛g時，刻蝕氣體主要分為惰性系、腐蝕系、氧化系以及C，F(xiàn) 系等幾類?？涛g反應(yīng)，包括了物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)等離子體中自由活性激團(tuán)與主5要表面材料的刻蝕反應(yīng)，其基本化學(xué)反應(yīng)式可歸納為如下幾種。SiO2:3SiO2+4CF3* 3SiF4 +2CO +2CO Si:Si+4F* SiF4 Si+4C1* SiCl4 W: W+6F* WF 6A1:A1+3C1* A1C1 3當(dāng)然，在實際

12、的刻蝕過程中，根據(jù)加工工序的要求，以及被刻蝕圖形的膜層結(jié)構(gòu)，還包括了上述以外的其他材料。如金屬刻蝕中的 Ti, TiN ；金屬配線層之間的有機(jī)或無機(jī) silica；鈍化刻蝕中的 SiON3；以及其他介質(zhì)膜刻蝕中的 SiN等。3.3 干法刻蝕應(yīng)用分類干法刻蝕，主要應(yīng)用在圖形形成工藝中。隨著在生產(chǎn)制造上的廣泛應(yīng)用，針對圖形加工，干法刻蝕可細(xì)致的被分為：有圖形刻蝕和無圖形刻蝕兩大類。大部分干法刻蝕工藝，涉及有圖形刻蝕。而對于部分無圖形刻蝕，仍然可以通過干法刻蝕來完成。如 LDD 側(cè)壁、孔塞、光刻膠的剝離。雖然無圖形刻蝕是濕法腐蝕的項目之一，但根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，在部分關(guān)鍵的無圖形刻蝕中，均采用了干法

13、刻蝕技術(shù)，如 LDD 的側(cè)壁刻。 LDD 側(cè)壁的形狀和尺寸的好壞，會直接影響器件的特性，用干法刻蝕進(jìn)行刻蝕的控制是最好的選擇。加上濕法腐蝕對于氧化膜的腐蝕作用和各向同性特征，是無法形成 LDD 側(cè)壁的特殊形貌的。另外對光刻膠的剝離則是另一個干法刻蝕的例子。根據(jù)各加工工序、被刻蝕材料膜質(zhì)的不同，干法刻蝕工藝又可以被細(xì)分成如下幾項：a.硅基板刻蝕 (silicon etch)b.氮化膜刻蝕 (SiN etch)。c.金屬多晶硅刻蝕 (W-silicide etch)d.多晶硅刻蝕 (poly-silicon etch)。e.金屬刻蝕 (metal etch)f.金屬鈍化刻蝕 (SioN3 etch

14、)g.去膠刻蝕 (Ash etch)綜上所述，干法刻蝕根據(jù)被刻蝕的材料類型，可系統(tǒng)的分成三種。即金屬6刻蝕、介質(zhì)刻蝕和硅刻蝕。介質(zhì)刻蝕是用于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅、氮化硅等。上述涉及介質(zhì)的刻蝕，均屬于介質(zhì)刻蝕。硅刻蝕 (包括多晶硅 )，應(yīng)用于需要去除硅的場合，如刻蝕多晶硅晶體管柵和硅槽電容等。金屬刻蝕，則主要在金屬層上去掉鋁合金復(fù)合層，制作出互連線。3.4 干法刻蝕設(shè)備討論干法刻蝕設(shè)備，先要介紹一下等離子刻蝕反應(yīng)器。等離子刻蝕反應(yīng)器有以下幾種類型：圓桶式等離子體反應(yīng)器、平板 (平面 )反應(yīng)器、順流刻蝕系統(tǒng)、三極平面反應(yīng)器、離子銑、反應(yīng)離子刻蝕 (RIE )、高密度等離子體刻蝕機(jī) 5 。從干

15、法刻蝕等離子形成的方式而言，干法刻蝕方式主要包括有電極放電和無電極放電兩大類。有電極放電主要有 :RIE 即 Reactive Ion Etch(高周波、低周波、 2 周波、相位制御)。6無電極放電主要為 :誘導(dǎo)放電、 U 波、 ECR-Electron Cycbrton Resonance 。所謂低周波，是指采用400kHz 低周波的放電模式。上下部電極共用一個RF 電源，離子追隨底周波電界Vpp 運動，可獲得較大的離子能量，適用于氧化膜刻蝕。所謂 2 周波，則指在上部電極加載27MHz 的周波，產(chǎn)生中密度的等離子體，在下部電極加載800kHz 的周波，制御離子能量。這時，等離子密度與離子能

16、量是分別獨立控制的。此類裝置適合于氧化膜刻蝕。所謂相位制御，是指上下部電極間加載13.56MHz 周波后，上下部的電源間由相位控制器(phasecontroller)進(jìn)行位相制御。由位相控制離子能量，此類裝置適合poly-silicon 與poly-silicide 刻蝕。RIE 反應(yīng)離子刻蝕腔體，該干法刻蝕進(jìn)行時，在高真空腔體內(nèi)，導(dǎo)入氣體。在平行電極板之間，加載13.56MHz 高周波，使導(dǎo)入的氣體分子解離，產(chǎn)生離子和具有高反應(yīng)性能的自由活性激團(tuán)，用于其后的刻蝕反應(yīng)。這一特性，體現(xiàn)出干法刻蝕的化學(xué)特性。在上下極板之間產(chǎn)生直流自偏置電壓(DCbias)，放置硅片的下部電極則處于負(fù)電位狀態(tài)，等離

17、子中的正離子在負(fù)電位的牽引下，得到加速，到達(dá)硅片表面。這一特點，體現(xiàn)了干法刻蝕的物理特性，使得朝硅片運動的離化基具有方向性，以此獲得較好的側(cè)壁圖形。 RIE 刻蝕適用于氮化膜、氧化膜以及較早時期的鎢刻蝕 7 。7誘導(dǎo)放電刻蝕腔體，在上部線圈上加載2MHzRF，形成等離子體，并由下部電極加載 13. 56MHz 的 RF，用于控制離子能量。誘導(dǎo)放電模式中，等離子體密度與離子能量可以獨立的被控制。同時，由于上部線圈的高RF，使這一誘導(dǎo)放電模式，可獲得高密度的等離子體。此類設(shè)備，非常適用于鋁、鎢等金屬膜質(zhì)的刻蝕。作為誘導(dǎo)放電方式，包括了電子回旋加速反應(yīng)器(ECR)、電感禍合(ICP )、雙等離子體源

18、反應(yīng)器和磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕反應(yīng)器(MERIE) 等多種類型的反應(yīng)器，被廣泛的應(yīng)用于高密度等離子體刻蝕機(jī)中。高密度等離子體技術(shù)，更有效的使輸入功率耦合等離子體，產(chǎn)生較大的刻蝕基分解，從而獲得 10%的離化率，產(chǎn)生高方向性的低能離子，在高深寬比圖形中獲得各向異性刻蝕。如上所述，僅從等離子體形成的角度，簡單的介紹了干法刻蝕相關(guān)的刻蝕反應(yīng)腔體。而實際的刻蝕腔，要相對復(fù)雜得多。另外，從整個刻蝕系統(tǒng)而言，除刻蝕腔外，還有對準(zhǔn)腔、搬送腔、冷卻腔甚至去膠腔等腔體。這些腔體，將根據(jù)刻蝕類型的不同，進(jìn)行不同的組合。如金屬刻蝕機(jī)需要自帶去膠腔，而介質(zhì)膜等刻蝕卻不需要。而且，從系統(tǒng)的角度來看，干法刻蝕系統(tǒng)，包括了氣體

19、流量制控制系統(tǒng)、 RF 輸出系統(tǒng)、腔體溫度控制系統(tǒng)、硅片的溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、終點檢出系統(tǒng)以及氣體除害系統(tǒng)等，對應(yīng)這些系統(tǒng)將有更多的相應(yīng)裝置，在本節(jié)中將不作為重點一一詳述。3.5 終點檢測系統(tǒng)終點檢測系統(tǒng)，是干法刻蝕除等離子刻蝕反應(yīng)腔體外，又一重要的系統(tǒng)。在干法刻蝕過程中，被刻蝕層材料與最終刻蝕停止層的材料之間往往沒有好的選擇比，所以需要通過終點檢測系統(tǒng)來監(jiān)控刻蝕過程，判斷刻蝕停止的最佳位置，以減少對刻蝕停止層的的過度刻蝕。終點檢測系統(tǒng)，是利用等離子體發(fā)光強(qiáng)度的變化來進(jìn)行檢測的。當(dāng)檢測刻蝕氣體的發(fā)光強(qiáng)度時，通常在終點檢出后，檢出波形上升。而當(dāng)檢測反應(yīng)生成物的發(fā)光強(qiáng)度時，在終點檢出后，檢

20、出波形下降。而作為檢出的終點，也就是刻蝕停止的地方，則發(fā)生在波形上升或下降的拐點附近。對于終點的具體檢出位置，將依據(jù)檢出窗口的大小，停止在波形變化的某一個區(qū)域。較為普遍的終點檢測方法，是采用光發(fā)射譜，可以很方便的對刻蝕腔體進(jìn)行實時監(jiān)測。關(guān)于終點檢出的波形，可以根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度變化量的一次或二次微分換算而成。了解8終點檢測的波形形成方式，掌握終點檢測窗口的設(shè)置，對于準(zhǔn)確設(shè)置刻蝕工藝條件，是非常重要的。4、濕法刻蝕4.1 濕法刻蝕原理濕法刻蝕是通過腐蝕液進(jìn)行刻蝕，又稱濕法化學(xué)腐蝕法。濕法刻蝕在半導(dǎo)體工藝中被廣泛地應(yīng)用，其腐蝕過程與一般化學(xué)反應(yīng)相似。由于是腐蝕樣品上沒有光刻膠覆蓋的部分，因此，理想的刻蝕

21、應(yīng)當(dāng)對光刻膠不發(fā)生腐蝕或腐蝕速率很慢。刻蝕不同材料所選擇的腐蝕液是不同的，所用的光刻膠對各種腐蝕劑都具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在生產(chǎn)上往往用光刻膠對腐蝕劑的抗腐蝕能力作為衡量光刻膠質(zhì)量的一個重要標(biāo)志。濕法腐蝕尤其適合將多晶硅、氧化物、氮化物、金屬與 - 族化合物等作為整片（即覆蓋整個晶片表面）的腐蝕。濕法刻蝕的機(jī)制涉及如下三個核心步驟：反應(yīng)物由于擴(kuò)散傳遞到反應(yīng)表面、化學(xué)反應(yīng)在表面發(fā)生、來自于表面的產(chǎn)物由擴(kuò)散清除。刻蝕劑溶液的擾動和溫度將影響刻蝕速率，該速率指單位時間由由刻蝕去除的薄膜量。在集成電路處理時，多數(shù)濕法刻蝕是如下進(jìn)行的：通過將晶圓片浸泡在化學(xué)溶劑中或?qū)⑷軇┮簢姙⒌骄A片上。對于浸泡刻蝕，圓片

22、是浸在刻蝕溶劑液中的，且常常需要機(jī)械擾動，為的是確保刻蝕的統(tǒng)一性和一致的刻蝕速率。噴灑蝕刻已經(jīng)逐漸替代了浸泡刻蝕，因為前者通過持續(xù)地將新鮮刻蝕劑噴灑到圓片表面，這樣便極大地增加了刻蝕速和一致性。4.2 常見濕法刻蝕技術(shù)4.2.1二氧化硅的刻蝕二氧化硅的濕法刻蝕通常利用稀釋的氫氟酸溶液，其中也可以加入氟化銨（ NH4F) 。加入氟化銨是提供緩沖的 HF溶液（ BHF)，又稱作緩沖氧化層刻蝕（ buffered-oxide-etch,BOE) 。 HF加入 NH4F 可以控制酸堿值，并且可以補(bǔ)充氟離子的缺乏，這樣可以維持穩(wěn)定的刻蝕效果。二氧化硅的整體反應(yīng)式：SiO2+6HF H2SiF6+2HOS

23、iO2 的刻蝕速率由腐蝕溶液，腐蝕劑的濃度、攪動與溫度決定。另外，密度、表面多孔度、微結(jié)構(gòu)與氧化物內(nèi)含的雜質(zhì)皆會影響刻蝕的速率。腐蝕液溫9度一定時， SiO2 的腐蝕速率取決于腐蝕液的配比及SiO2 的摻雜程度，摻雜磷濃度越高，腐蝕速率越快，摻硼濃度越高，腐蝕速率越慢。SiO2 對腐蝕的溫度十分敏感。溫度越高，腐蝕越高，腐蝕速率越快。因此要嚴(yán)格控制腐蝕液的溫度。腐蝕液攪動對腐蝕速率有一定的影響，一般講，硅片與腐蝕液的相對運動可以提高腐蝕速率和腐蝕均勻性。常見的方法有對流、鼓泡、機(jī)械振動( 超聲波 ) 和噴霧等。噴霧腐蝕速率最快、均勻性好、側(cè)向腐蝕最小，是一種很好的濕法刻蝕方法。超聲波腐蝕易引起

24、浮膠、側(cè)向腐蝕嚴(yán)重，因此少用。在腐蝕剛開始使用時 F量多，但使用一段時間后， F量逐漸減少，腐蝕效果明顯消弱。為了提高 F濃度，腐蝕液中加入少量的 NH4F,它能及時補(bǔ)充F。因此，有人稱它為緩沖劑。為了保證重復(fù)性好，腐蝕液要每天更換。腐蝕液的 pH值、腐蝕液的溫度、腐蝕時間之間關(guān)系要嚴(yán)格控制。4.2.2硅的刻蝕在 TTL（晶體管晶體管邏輯）電路有一種介質(zhì)隔離技術(shù)，那么這種隔離是如何形成的？一般用 HF和 HNO3作為腐蝕液刻出槽來。其腐蝕速度與腐蝕液中兩種酸的比例關(guān)系很大。腐蝕有兩種方法進(jìn)行。1）先在硅表面上生長一層較厚且致密的 SiO2 層，然后利用光刻和刻蝕的方法把需要的刻槽上的 SiO2

25、 腐蝕掉，這樣就裸露出硅來，然后再放入配制好的腐蝕液中（ HNO3：HF=8:1（體積比）。這種腐蝕速度十分快，經(jīng)過 23min，硅就被腐蝕出 1020m深槽。腐蝕后去除表面 SiO2 層，就露出硅片表面，然后按照工藝重新生長 SiO2 作介質(zhì)隔離之用或其他加工。在腐蝕液中加入少量冰醋酸起到緩沖作用。硝酸是強(qiáng)氧化劑，它將單質(zhì)的硅氧化成 SiO2，其反應(yīng)如下：3Si+4HNO=3SiO2+2HO+4NO生成的 SiO2 不溶于水也不溶于HNO3，但能與 HF生成可溶性絡(luò)合物，這樣硅就被腐蝕掉了。2）用金屬鋁作掩護(hù)膜，由于 Al 對 HNO3和 HF的抗蝕能力較強(qiáng)，可以在硅片表面用蒸發(fā)或者濺射方法

26、生長一 Al 層，然后用光刻和刻蝕方法把槽部分的 Al10層去掉而裸露出硅，然后再把硅片進(jìn)入腐蝕液中腐蝕硅。以上兩種方法多都可以使用，但在使用時會發(fā)出大量熱量來，如不注意散熱或降溫，其腐蝕效果不好，因此腐蝕時都放在冰水中進(jìn)行。4.2.3金屬鋁的刻蝕在半導(dǎo)體干法刻蝕工藝中，根據(jù)待刻蝕材料的不同，可分為金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕和硅刻蝕。金屬刻蝕又可以分為金屬鋁刻蝕、金屬鎢刻蝕和氮化鈦刻蝕等。目前，金屬鋁作為連線材料，仍然廣泛用于DRAM和 flash等存儲器，以及 0.13um 以上的邏輯產(chǎn)品中。金屬鋁刻蝕通常用到以下氣體：Cl 2、BCl3、Ar、 N2、CHF3和 C2H4 等。Cl 2 作為主要的

27、刻蝕氣體，與鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的可揮發(fā)的副產(chǎn)物AlCl 3+被氣流帶出反應(yīng)腔。BCl3 一方面提供BCl3 ，垂直轟擊硅片表面，達(dá)到各向異性的刻蝕。另一方面，由于鋁表面極易氧化成氧化鋁，這層自生氧化鋁在刻蝕的初期阻隔了Cl 2 和鋁的接觸，阻礙了刻蝕的進(jìn)一步進(jìn)行。添加BCl3 則利于將這層氧化層還原（如方程式1），促進(jìn)刻蝕過程的繼續(xù)進(jìn)行。Al O +3BCl 2AlCl3+ 3BOCl233Ar 電離生成 Ar，主要是對硅片表面提供物理性的垂直轟擊。N、CHF和23C2H4 是主要的鈍化氣體，N2 與金屬側(cè)壁氮化產(chǎn)生的AlxNy，CHF3 和 C2H4與光刻膠反應(yīng)生成的聚合物會沉積在金屬側(cè)壁

28、，形成阻止進(jìn)一步反應(yīng)的鈍化層。一般來說，反應(yīng)腔的工藝壓力控制在614 毫托。壓力越高，在反應(yīng)腔中的 Cl2 濃度越高，刻蝕速率越快。壓力越低，分子和離子的碰撞越少，平均自由程增加，離子轟擊圖形底部的能力增強(qiáng)，這樣刻蝕反應(yīng)速率不會降低甚至于停止于圖形的底部。在金屬鋁的上下通常會淀積金屬鈦或氮化鈦，形成氮化鈦/鋁/ 氮化鈦/ 鈦的結(jié)構(gòu)。用來刻蝕鋁的 Cl 2 與鈦反應(yīng)生成揮發(fā)性相對較低的 TiCl 4，刻蝕氮化鈦的速率只有刻蝕鋁的 1/31/4, 因此減少 Cl 2 或是增加 BCl3 和偏置功率，都有利于提高氮化鈦和鈦的刻蝕速率。在金屬鋁中通常會加入少量的硅和銅來提高電子器件的可靠性。硅和Cl反應(yīng)生成揮發(fā)性的SiCl 4，很容易被帶出反應(yīng)腔。銅與Cl 反應(yīng)生成的CuCl2 揮11發(fā)性卻不高，因