半导体制造工艺_11刻蚀

1.负载效应等离子体图形化刻蚀过程中，刻蚀图形将影响刻蚀速率和刻蚀轮廓，称为负载效应。

负载效应有两种:宏观负载效应和微观负载效应。

宏观负载效应具有较大开口面积的晶圆刻蚀速率与较小开口面积的晶圆刻蚀速率不同，这种晶圆对晶圆的刻蚀速率差异就是宏观负载效应，这主要影响批量刻蚀，但对单片晶圆影响不大。

微观负载效应对于接触窗和金属层间接触窗孔的刻蚀，较小窗孔的刻蚀速率比大窗孔慢。

这就是微观负载效应(见下图(a)),产生该效应的原因是刻蚀等离子体气体难以穿过较小的窗孔，而且刻蚀的副产品也难以扩散出去。

减少工艺压力可以降低微观负载效应。

当压力较低时，平均自由程较长，刻蚀气体较易穿过微小的窗孔而接触到要被刻蚀的薄膜，从而比较容易从微小的窗孔中把刻蚀副产品去除。

由于光刻胶会溅镀沉积在侧壁上，所以图形隔离区域的刻蚀轮廓比密集区域宽，这是由于隔离图形区域缺少由邻近图形散射离子造成的侧壁离子轰击。

下图(b)说明了微观负载效应轮廓。

2.过刻蚀效应当刻蚀薄膜时(包括多晶硅、电介质以及金属刻蚀)，晶圆内的刻蚀速率和薄膜厚度并不完全均匀。

因此当大部分薄膜被刻蚀移除后，留下的少部分薄膜必须移除。

移除剩余薄膜的过程称为过刻蚀，过刻蚀前的过程称为主刻蚀。

在过刻蚀中，被刻蚀薄膜和衬底材料之间的选择性要足够高才能避免损失过多的衬底材料。

在主刻蚀中，如果主刻蚀与过刻蚀使用不同的刻蚀条件，则能够改善过刻蚀中被刻薄膜和衬底材料之间的选择性，等离子体刻蚀中的光学终点侦测器可以自动停止主刻蚀而引发过刻蚀，这是因为当主刻蚀中的刻蚀剂开始刻蚀衬底薄膜时，等离子体中的成分就会发生变化。

如在多晶硅栅刻蚀中(见下图),主刻蚀不需要考虑二氧化硅的选择性。

当某些区域的多晶硅被刻蚀时，氯等离子体开始刻蚀二氧化硅，氧的辐射信号强度就会增强，从而发出一个停止主刻蚀而切换到过刻蚀的信号。

下图说明了主刻蚀和过刻蚀过程。

问题：对于一个IC芯片，多晶硅的厚度为3000A,薄膜的非均匀性为1.5%。

半导体制造工艺刻蚀引言半导体制造工艺中的刻蚀是一项重要的工序。

在集成电路的制造过程中，刻蚀被广泛应用于制作电路各个层次的结构，包括电极、孔洞、互连线等。

刻蚀的目的是去除或改变材料表面的一部分，用于形成特定的结构，从而实现电路功能。

本文将介绍半导体制造工艺刻蚀的基本原理、常见的刻蚀方法以及一些刻蚀过程中的注意事项。

刻蚀的基本原理刻蚀是通过化学或物理方法将材料表面的一部分或全部去除，实现对材料的精确控制。

刻蚀的基本原理是在材料表面形成反应产物并将其移除。

化学刻蚀是利用化学反应溶解材料的表面。

通常使用的刻蚀液是一种含有特定化学成分的溶液，可以选择性地溶解掉被刻蚀材料的一部分。

化学刻蚀主要用于刻蚀金属材料，如铝、铜等。

物理刻蚀是通过物理方法去除材料表面的一部分。

物理刻蚀的常见方法有电子束刻蚀、离子束刻蚀和等离子体刻蚀等。

电子束刻蚀利用高速电子束的能量将材料表面的原子击碎并移除；离子束刻蚀则是利用离子束的能量将材料表面的原子击碎并移除；等离子体刻蚀则是通过在气体放电的等离子体中产生活跃化学物质，来溶解或腐蚀材料表面。

常见的刻蚀方法半导体制造过程中，常见的刻蚀方法包括湿法刻蚀和干法刻蚀。

湿法刻蚀湿法刻蚀是指使用刻蚀液对材料表面进行腐蚀或溶解的方法。

湿法刻蚀的优点是刻蚀速度快、刻蚀效果好；缺点是刻蚀过程中可能会产生有害气体，需要做好通风措施。

湿法刻蚀的常见方法有浸没刻蚀、喷雾刻蚀和旋转刻蚀等。

浸没刻蚀是将材料浸没在刻蚀液中，通过溶解蚀刻掉表面的材料。

喷雾刻蚀是将刻蚀液喷洒在材料表面，通过飞溅和冲击的方式刻蚀掉材料。

旋转刻蚀是将刻蚀液注入到旋转的容器中，利用旋转力使刻蚀液喷洒到材料表面，实现刻蚀作用。

干法刻蚀干法刻蚀是指利用气体等离子体或物理方法对材料表面进行刻蚀的方法。

干法刻蚀的优点是刻蚀过程中不产生液体，可以避免污染问题；缺点是刻蚀速度较慢。

干法刻蚀的常见方法有等离子体刻蚀、离子束刻蚀和电子束刻蚀等。

等离子体刻蚀是通过在气体放电的等离子体中产生活跃化学物质，来溶解或腐蚀材料表面。

半导体刻蚀去胶工艺流程
半导体刻蚀去胶工艺流程是半导体制造过程中的重要环节之一。

半导体器件的制造通常需要在硅片表面进行图案化处理，而去除胶
层是其中的关键步骤之一。

下面将介绍半导体刻蚀去胶工艺流程的
一般步骤。

1. 初始准备，首先，需要准备一块待处理的硅片。

在进行刻蚀
去胶工艺之前，通常需要对硅片表面进行清洁处理，以确保去胶工
艺的顺利进行。

2. 胶层涂覆，在准备好的硅片上涂覆一层胶层。

这一步骤通常
使用旋涂机或者其他涂覆设备进行，以确保胶层的均匀覆盖。

3. 曝光和显影，接下来，将经过涂覆的硅片放置在曝光机中，
使用光刻胶进行曝光，形成所需的图案。

然后进行显影处理，去除
暴露在光下的胶层部分，留下所需的图案。

4. 刻蚀去胶，将经过曝光和显影处理的硅片放入刻蚀机中，使
用化学溶液或者等离子刻蚀技术，将未被光刻胶保护的区域进行刻蚀，去除胶层。

5. 清洗和检查，最后，对刻蚀去胶后的硅片进行清洗，去除残留的胶层和刻蚀产物。

然后进行表面检查，确保刻蚀去胶工艺的质量和准确度。

总的来说，半导体刻蚀去胶工艺流程是半导体制造中的重要步骤之一，它决定了后续工艺步骤的顺利进行和器件质量的好坏。

因此，精确控制每一个步骤，确保工艺流程的稳定性和可靠性，对于半导体器件制造具有重要意义。

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。

半导体图案化工艺流程之：刻蚀图案化工艺包括曝光(Exposure)、显影(Develope)、刻蚀(Etching)和离子注入等流程。

其中，刻蚀工艺是光刻（Photo）工艺的下一步，用于去除光刻胶（Photo Resist，PR）未覆盖的底部区域，仅留下所需的图案。

这一工艺流程旨在将掩模（Mask）图案固定到涂有光刻胶的晶圆上（曝光→显影）并将光刻胶图案转印回光刻胶下方膜层。

随着电路的关键尺寸（Critical Dimension, CD）小型化（2D视角），刻蚀工艺从湿法刻蚀转为干法刻蚀，因此所需的设备和工艺更加复杂。

由于积极采用3D单元堆叠方法，刻蚀工艺的核心性能指数出现波动，从而刻蚀工艺与光刻工艺成为半导体制造的重要工艺流程之一。

一、沉积和刻蚀技术的发展趋势在晶圆上形成“层（Layer）”的过程称为沉积（化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）和物理气相沉积（PVD）），在所形成的“层”上绘制电路图案的过程称为曝光。

刻蚀是沉积和曝光工艺之后在晶圆上根据图案刻化的过程。

光刻工艺的作用类似于画一张草图，真正使晶圆发生明显变化的是沉积和刻蚀工艺。

自从半导体出现以来，刻蚀和沉积技术都有了显著发展。

而沉积技术最引人注目的创新是从沟槽法（Trench）转向堆叠法（Stack），这与20世纪90年代初装置容量从1兆位（Mb）DRAM发展成4兆位（Mb）DRAM相契合。

刻蚀技术的一个关键节点是在2010年代初，当时3D NAND闪存单元堆叠层数超过了24层。

随着堆叠层数增加到128层、256层和512层，刻蚀工艺已成为技术难度最大的工艺之一。

二、刻蚀方法的变化在2D（平面结构）半导体小型化和3D（空间结构）半导体堆叠技术的发展过程中,刻蚀工艺也在不断发展变化。

在20世纪70年代，2D半导体为主流，电路关键尺寸（CD）从100微米（㎛）迅速下降到10微米（㎛），甚至更低。

在此期间，半导体制造流程中的大部分重点工艺技术已经成熟，同时刻蚀技术已经从湿法刻蚀过渡到干法刻蚀。

半导体刻蚀⼯艺简介此保护膜可保护多晶硅的侧壁，进⽽形成⾮等向性刻蚀。

使⽤Cl2等离⼦体对多晶硅的刻蚀速率⽐使⽤F原⼦团慢很多，为兼顾刻蚀速率与选择⽐，有⼈使⽤SF6⽓体中添加SiCl4或CHCl3。

SF6的⽐例越⾼，刻蚀速率越快；⽽SiCl4或CHCl3的⽐例越⾼，多晶硅/SiO2的刻蚀选择⽐越⾼，刻蚀越趋向⾮等向性刻蚀。

除了Cl和F的⽓体外，溴化氢(HBr)也是⼀种常⽤的⽓体，因为在⼩于0.5µm的制程中，栅极氧化层的厚度将⼩于10nm，⽤HBr等离⼦体时多晶硅/SiO2的刻蚀选择⽐⾼于以Cl为主的等离⼦体。

4.⾦属的⼲法刻蚀⾦属刻蚀主要是互连线及多层⾦属布线的刻蚀，⾦属刻蚀有以下⼏个要求：⾼刻蚀速率(⼤于1000nm/min)；⾼选择⽐，对掩蔽层⼤于4:1，对层间介质⼤于20:1；⾼的刻蚀均匀性；关键尺⼨控制好；⽆等离⼦体损伤：残留污染物少；不会腐蚀⾦属。

①铝的刻蚀。

铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低、易于淀积和刻蚀等优点。

铝刻蚀通常采⽤加⼊卤化物的氯基⽓体，最常⽤的是BCl3。

因为铝在常温下表⾯极易氧化⽣成氧化铝，氧化铝阻碍了刻蚀的正常进⾏，⽽BCl3可将⾃然氧化层还原、保证刻蚀的进⾏，⽽且BCl3还容易与氧⽓和⽔反应，可吸收反应腔内的⽔汽和氧⽓，从⽽降低氧化铝的⽣成速率。

1.4质量评价⼀、⼲法刻蚀的终点监测近⼏年发展起来的⼲法刻蚀⼯艺，为了提⾼刻蚀精度，深⼊研究刻蚀机理，实现刻蚀设备的⾃动化，需要解决⼯艺过程的监控问题，特别是精确控制刻蚀终点。

因为⼲法刻蚀的选择性不如湿法，终点监控不当极易造成过腐蚀，甚⾄破坏下层图形。

早期的监控⽅法是计时法。

假设被刻蚀材料的膜厚已知，先通过实验确定刻蚀速率，然后在⼯艺过程中，由计时确定终点。

但由于影响刻蚀速率的因素太多(如压⼒、温度、流量、⽓体配⽐等)，刻蚀速率难于重复(如前所述，对铝的等离⼦体刻蚀更是如此)，不能满⾜⼯艺要求。

表1-1⼏种等离⼦体刻蚀终点检测⽅法⼆、⼲法刻蚀的质量检测刻蚀⼯艺的最后⼀步是进⾏检查以确保刻蚀的质量，通常都是⽤⾃动检测系统进⾏的。

半导体材料制备工艺中的刻蚀原理半导体制造是现代电子工业中的重要分支之一，而半导体制造过程中最关键的一步就是刻蚀。

刻蚀是指将半导体材料表面的一部分物质除去的加工技术，其目的是在半导体材料的表面形成特定形状的结构，并精确地控制其尺寸和形状，以实现半导体元件的制造。

本文将重点介绍半导体材料制备工艺中的刻蚀原理。

一、刻蚀的分类刻蚀可分为物理刻蚀和化学刻蚀两种。

物理刻蚀是利用物理作用去除半导体表层物质的过程，如金属离子聚焦束刻蚀、反应离子束刻蚀、等离子体刻蚀等；而化学刻蚀则是利用化学反应去除半导体表层物质的过程，如湿法刻蚀、干法刻蚀等。

其中湿法刻蚀是半导体制造的基础工艺之一，而干法刻蚀则被广泛应用于制造高密度的、微观结构复杂的半导体材料。

二、湿法刻蚀原理湿法刻蚀是一种化学刻蚀方法，通俗来说就是利用溶液中的化学成分和外界的刺激物质对半导体表面进行刻蚀。

常用的湿法刻蚀方法有自催化刻蚀法、掩膜刻蚀法、电化学刻蚀法等。

自催化刻蚀法是将半导体材料浸泡在含有化学成分的溶液中，并在溶液中加入一定量的电解质，每一微观结构之间的电势差越大，对应的物质离子在反应中的速度就越快。

在该法中，当半导体表层的一部分被刻蚀后，其剩余部分的电势差就会改变，因而这部分表层会对后续的刻蚀产生加速作用，容易导致过刻蚀。

这种自我加速的刻蚀过程，就是自催化刻蚀法。

掩膜刻蚀法则是将某些部位的半导体表面涂上掩膜，然后将未被掩膜覆盖的部分进行刻蚀，从而在半导体表面形成特定的结构。

掩模的选择很重要，因为掩模必须比半导体材料更耐刻蚀，而同时却不能对待刻蚀的半导体材料产生伤害。

通常，二氧化硅是最常用的掩膜材料，而在某些特殊情况下，可以选择金属、氮化硅、氧化铝等。

电化学刻蚀法则是利用电化学反应法将选定的半导体材料表面进行刻蚀。

在电化学刻蚀过程中产生的刻蚀速度与带电离子的浓度成正比，因而可以根据需要精确地控制刻蚀速度和深度。

电化学刻蚀是微电子工业中最常用的刻蚀方法之一。