第七章刻蚀工艺

第七章集成电路制造工艺概况7.1器件技术用于芯片的电子器件是在衬底上构建的。

通用的芯片器件包括电阻、电容、熔丝、二极管和晶体管。

他们在衬底上的集成是集成电路硅片制造技术的基础。

由电子器件组成的电路可以分成两种基本类型：数字电路和模拟电路。

模拟电路是指其电参数在一定电压、电流、功耗值范围内变化的一种电路。

数字电路在高电平和低点平下工作。

电阻、电容被称为无源元件，即无论这些元件怎样和电源相连，它们都能传输电流。

二极管和晶体管被称为有源元件，也即它们可用于控制电流方向，能放大小的信号。

硅片上电子器件的形成方式称为结构，半导体器件结构有成千上万种，我们列举其中一小部分。

一．集成电路电阻结构集成电路电阻可以通过金属膜、掺杂的多晶硅、或者通过杂质扩散到衬底的特定区域中产生（见图7.1）。

这些电阻是微结构，因此他们只占用衬底很小的区域。

电阻和芯片的连接是通过与导电金属形成接触实现的。

但是在芯片结构中会产生寄生电阻（见图7.2），这是因为器件的尺寸、形状、材料类型、掺杂种类以及掺杂数量而存在的。

寄生电阻并不是我们需要的，因为它会降低集成电路器件的性能。

寄生电阻的影响成为能否降低特征尺寸的关键因素，在设计中要考虑减小电阻，可选用低电阻金属和特别工艺设计降低电阻。

二．集成电路电容器结构电容器由两个分立的导电层被介质材料隔离而形成。

芯片制造中介质材料通常是二氧化硅（也称氧化层）。

平面型电容器可由金属薄层、掺杂的多晶硅、或者衬底的扩散区形成。

图7.3是电容器的几种结构。

在器件结构中也会产生寄生电容（图7.4）。

这些寄生电容将影响电路的速度，引起电路的不稳定性，产生寄生振荡，甚至产生交流信号短路。

三. pn结二极管pn结二极管总是由n型半导体和邻近的p型半导体相连形成的。

pn结可以有意地设计为一块集成电路的某一功能部件，例如稳压、整流，也可以在其他集成电路中作为非功能二极管存在，如开关。

pn结二极管由单晶半导体材料构成，如图7.5所示，衬底上的一块区域是施主杂质的重掺杂，以形成n型硅区。

刻蚀工艺介绍一、概述刻蚀工艺是一种常用的微纳加工技术，用于在半导体材料表面上制造微米级或纳米级的结构。

该工艺通过使用化学或物理方法，将材料表面的一部分物质移除，从而实现对材料形貌、形状和尺寸的精确控制。

刻蚀工艺在半导体、光学、生物医学、纳米科技等领域具有广泛的应用。

二、刻蚀分类根据刻蚀介质的不同，刻蚀工艺可分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。

湿法刻蚀是指将样品浸泡在特定溶液中，通过溶液中的化学反应来刻蚀样品表面；干法刻蚀则是在真空或气氛下，通过离子轰击或物理气相反应来刻蚀样品表面。

根据刻蚀模式的不同，刻蚀工艺又可分为均匀刻蚀和选择性刻蚀两种。

均匀刻蚀是指样品表面的物质均匀地被移除，形成平整的表面；选择性刻蚀则是指只有特定的材料被刻蚀，而其他材料不受影响。

三、湿法刻蚀湿法刻蚀是一种利用化学反应来刻蚀样品表面的方法。

常用的刻蚀液包括酸性、碱性和氧化性溶液。

酸性溶液可以刻蚀碱金属、半导体和金属材料，常见的有HF、HCl、H2SO4等；碱性溶液则可以刻蚀硅、氮化硅等材料，常见的有KOH、NaOH等；氧化性溶液则可以刻蚀金属和半导体，常见的有HNO3、H2O2等。

湿法刻蚀的优点是刻蚀速度快，刻蚀深度可控制，适用于大面积的刻蚀加工。

然而，湿法刻蚀的缺点是刻蚀剂对环境有一定的污染，并且刻蚀后需要进行清洗和处理。

四、干法刻蚀干法刻蚀是一种在真空或气氛中进行的刻蚀工艺，常用的刻蚀方式包括物理刻蚀和化学气相刻蚀。

物理刻蚀是利用离子轰击的方式来刻蚀样品表面，常用的设备有离子束刻蚀机和反应离子刻蚀机。

离子束刻蚀机通过加速和聚焦离子束，使其撞击样品表面，将表面物质溢出，从而实现刻蚀效果；反应离子刻蚀机则是将离子束与气体反应，生成化学反应产物，再通过气体流动将产物带走。

化学气相刻蚀是通过将刻蚀气体引入到反应室中，使其与样品表面发生化学反应，从而刻蚀样品表面。

干法刻蚀的优点是刻蚀速度快，刻蚀深度可控制，适用于高精度的刻蚀加工。

然而，干法刻蚀的缺点是设备复杂、昂贵，需要对真空系统进行维护和操作。

硅片工艺程集成电路工艺之MaterialsIC Fab Metallization CMP Dielectric deposition TestWafers刻蚀Thermal Processes MasksImplantEtch PR stripPackagingPhotolithography DesignFinal Test刻蚀1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺刻蚀的定义 基于光刻技术的腐蚀：刻蚀 湿法称腐蚀？干法称刻蚀？ 将光刻胶上的IC设计图形转移到硅片 表面 腐蚀未被光刻胶覆盖的硅片表面，实 现最终的图形转移 化学的，物的或者两者的结合栅极光刻对准栅极光刻掩膜光刻胶 多晶硅STI P-WellUSG栅极光刻曝光Gate Mask显影/后烘/检验Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STIPR Polysilicon USG P-Well多晶硅刻蚀（1）Polysilicon多晶硅刻蚀（2）Gate Oxide PolysiliconPR STI P-Well USG STIPR USG P-Well去除光刻胶Gate Oxide Polysilicon离子注入Gate Oxide Dopant Ions, As Polysilicon+STI P-WellUSGSTIn+ P-Welln+USG Source/Drain快速热退火Gate Oxide Polysilicon Gate 刻蚀术语Etch rate 刻蚀速 Selectivity选择比 Etch uniformity均匀性 Etch profile侧墙轮 Wet etch湿法刻蚀 Dry etch干法刻蚀 Endpoint 终点检测STIn+ P-Welln+USG Source/Drain刻蚀速率刻蚀速是指单位时间内硅片表面被刻蚀的材 去除d0刻蚀速率刻蚀后膜厚的变化 刻蚀速 = 刻蚀时间 PE-TEOS PSG 膜,在 22 °C 6:1 BOE 中湿刻1分钟, 刻蚀前, d = 1.7 μm, 刻蚀后, d = 1.1 μm 17000-11000 ----------------1Δdd1刻蚀前Etch Rate =刻蚀后Δdt (/min)Δd = d0 - d1 () 是材膜厚的变化， t 刻蚀时间 (分)ER == 6000 /min均匀性 刻蚀的均匀性是衡刻蚀工艺 在硅片内和硅 片间的可重复性 刻蚀本身的均匀性和材膜厚的均匀性 特征尺寸的负载效应（loading effect) 通常用标准偏差来定义 同的定义给出同的结果非均匀性标准偏差测N 点σ=( x1 x ) 2 + ( x2 x ) 2 + ( x3 x ) 2 + + ( x N x ) 2 Nx=x1 + x 2 + x3 + + x N N非均匀性表达式刻蚀的非均匀性（NU）可由下 面的公式计算(称为Max-Min uniformity, 适用于超净厂房的作业)NU(%) = (Emax - Emin)/ 2Eave Emax = 测量到的最大刻蚀速率 Emin = 测量到的最小刻蚀速率 Eave = 刻蚀速率平均值选择比 Selectivity 选择比是同的材的刻蚀速的比值 在有图形的刻蚀中是非常重要的 对下层材质和光刻胶的选择性 E1 S= BPSG 对 Poly-Si的选择比: E2PR BPSG Poly-Si Si Gate SiO2 E2 PR BPSG Poly-Si Si E1选择比SelectivityEtch rate 1 Selectivity = Etch rate 2 对于PE-TEOS PSG 膜刻蚀速是 6000 /min, 对于硅的刻蚀速是30 /min, PSG 对 silicon6000 Selectivity = ----------------30刻蚀1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺= 200: 1湿法刻蚀 化学溶液溶解硅片表面的材质 刻蚀后产品是气体，液体或是可溶解在刻 蚀溶液中的材质。

刻蚀的工艺
刻蚀是一种常用的微纳加工工艺，通过将化学蚀刻剂作用于材料表面，使其在预定区域发生化学反应而被蚀刻掉，从而实现对材料的精确加工和形状控制。

刻蚀工艺广泛应用于半导体制造、光学元件制造、微纳米器件制造等领域。

刻蚀工艺通常分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。

1. 湿法刻蚀：湿法刻蚀是指将材料置入含有化学蚀刻剂的溶液中，通过溶液中的化学反应来蚀刻材料表面。

湿法刻蚀具有高蚀刻速率、高选择性和较低的成本等特点。

常见的湿法刻蚀包括酸性刻蚀、碱性刻蚀、氧化物刻蚀等。

2. 干法刻蚀：干法刻蚀是指将材料置入低压或大气压等特定环境中，通过气体或等离子体的物理作用或化学反应来蚀刻材料表面。

干法刻蚀通常具有更高的加工精度和更好的表面质量，但蚀刻速率较慢。

常见的干法刻蚀包括物理刻蚀（如离子束刻蚀、电子束刻蚀）和化学气相刻蚀等。

刻蚀工艺是一项复杂的加工技术，需要根据具体材料和加工要求选择合适的刻蚀工艺和工艺参数，以获得所需的形状和尺寸。

同时，刻蚀还要考虑蚀刻剂的选择、工艺控制、蚀刻均匀性等方面，以保证加工质量和一致性。

半导体前端工艺之刻蚀工艺目录前言 (1)1 .光“堆叠”可不行 (2)2 .刻蚀工艺的特性 (3)3 .工艺流程 (4)3.1.概述 (4)3.2.刻蚀工艺的特性 (4)3.3.刻蚀偏差 (6)3.4.刻蚀材料 (6)1.5, 刻蚀形状 (6)4 .刻蚀的种类 (7)4. 1.湿刻蚀(WetEtChing)与干刻蚀(DryEtChing) (7)5. 2.按去除材料的方法划分 (8)5 .刻蚀气体与附加气体 (11)6 .刻蚀工艺中的等离子体 (13)6.1.生成机理 (13)1.2. 离子体电势 (14)7 .反应离子刻蚀RIE (14)7. 1.结构 (14)8. 2.刻蚀机理 (14)9. 3.优缺点 (15)8 .电感耦合等离子体刻蚀ICP (15)8. 1.刻蚀机理 (15)9. 2.结构 (16)10. 3.优势 (16)9 .侧壁保护 (17)9. 1.各向异性参数 (17)10. .方法 (17)10 .结论：提高密度的另一个抓手 (17)前言在半导体制程工艺中，有很多不同名称的用于移除多余材料的工艺，如“清洗”、“刻蚀”等。

如果说“清洗”工艺是把整张晶圆上多余的不纯物去除掉,“刻蚀”工艺则是在光刻胶的帮助下有选择性地移除不需要的材料，从而创建所需的微细图案。

半导体“刻蚀”工艺所采用的气体和设备，在其他类似工艺中也很常见。

1.光“堆叠”可不行在半导体前端工艺第三篇中，我们了解了如何制作“饼干模具”。

本期，我们就来讲讲如何采用这个“饼干模具”印出我们想要的“饼干”。

这一步骤的重点，在于如何移除不需要的材料，即“亥IJ蚀(EtChing)工艺”。

饼干剖面图普力胱刻胶采用特殊溶液移除去除挖出的饼干屑添加巧克力糖浆清理多余的巧克力糖浆不受光刻胶保护的部分图1移除饼干中间部分，再倒入巧克力糖浆让我们再来回想一下上一篇内容中制作饼干的过程。

如果想在“幸福之翼”造型饼干中加一层巧克力夹心，要怎么做呢？最简单的方法就是把饼干中间部分挖出来，再倒入巧克力糖浆。