《刻蚀工艺培训》PPT课件

图形曝光与刻蚀
刻蚀
由图形曝光所形成的抗蚀剂图案，并不是电路 器件的最终部分，而只是电路图形的印模。为 了产生电路图形，这些抗蚀剂图案必须再次转 移至下层的器件层上。
这种图案转移（pattern transfer）是利用腐 蚀（etching）工艺，选择性地将未被抗蚀剂 掩蔽的区域去除。
光阻上
目的：
确定图案的精确形状和尺寸 完成顺序两次光刻图案的准确套制
曝光后烘焙（PEB）
驻波效应
定义：入射光与反射光间的相长和相消干涉造 成的效应
影响：曝光过程中，在曝光区与非曝光区边界 将会出现驻波效应，影响显影后所形成的图形 尺寸和分辨率
改善措施：曝光后烘焙
4、显影（Development）
低 过高的温度会使光刻胶中的感光剂发生反应，使光刻
胶在曝光时的敏感度变差
3、曝光（Exposure）
紫外光 掩模版
（3）曝光
光刻胶 SiO2
Si
3、曝光（Exposure）
曝光
光通过掩模版照射，使照射到的光刻胶起光化学反应 感光与未感光的光刻胶对碱性溶液的溶解度不同 掩模版上的图案，完整地传递(Transfer)到晶片表面的
光刻工艺过程
涂胶 coating 前烘 prebaking 曝光 exposure 显影 development 坚膜 postbake 刻蚀 etch 去胶 strip 检验 inspection
1、涂胶
SiO2
Si （1）氧化、清洗
光刻胶 SiO2
Si （2）涂胶、前烘
1、涂胶
光刻胶 SiO2
Si （4）显影、坚膜
4、显影（Development）

4.1 刻蚀后硅片检验
刻蚀好的硅片周边应光滑发亮.
到分选测试仪处，检查电池片的I-V曲线。 若出现如右侧所示的I-V曲线图， 则说明硅片的等离子刻蚀工艺有问题。
感谢观看
反应的实质，打破C-F、Si-Si键，形成挥发性的Si-F硅卤化物。
CΘF +Si ΘSi = Si-F + 17kcal/mol
反应需要一个净正能量，CF4本身不会直接刻蚀硅。等离子体高能量 的电子碰撞会使CF4分子分裂生产自由的氟原子和分子团，使得形成 SiF是能量有利的。
2.2 氧气的作用
等离子刻蚀基本原理
等离子刻蚀工艺培 训教程
目录
1 概述 2 等离子刻蚀基本原理 3 等离子刻蚀基本工艺 4 刻蚀后硅片检验
1.1 太阳能电池片生产工艺流程
概述
包含足够多的正负电荷数目近于相等的带电粒子的物
反应的实质，打破C-F、Si-Si键，形成挥发性的Si-F硅卤化物。
一次清洗 的氧气，F浓度会增加一个数量级，对硅的
焰就处于这种状态)。我们把物质的这种存在状态称为物质的第四态，即等
离子体(plasma)。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离
子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。
2.2 刻蚀机构
等离子刻蚀基本原理
射频电源辉光放电
子反应生成CO2，这样从等离子体中去掉 刻蚀速率增加一个数量级。 的电子碰撞会使CF4分子分裂生产自由的氟原子和分子团，使得形成 在CF4进气中加入少量氧气会提高硅和二 反应的实质，打破C-F、Si-Si键，形成挥发性的Si-F硅卤化物。 离子体(plasma)。 一些碳，从而增加F的浓度，这些成为富氟 CF4 = CFx* + (4-x) F* (x≤3) 子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。 CΘF +Si ΘSi = Si-F + 17kcal/mol SiO2 + 4 F* = SiF4 + O2↑ 1 太阳能电池片生产工艺流程

SiO2+6HFH2SiF6+2H2O
HF/HNO3体系腐蚀机理
大致的腐蚀机制是HNO3 (一种氧化剂)腐蚀， 在硅片表面形成了一层SiO2，然后这层SiO2在HF 酸的作用下去除。
• 在低HNO3及高HF浓度区，生成SiO2的能力弱而去除SiO2的能力强， 反应过程受HNO3氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于等HNO3浓度 线。 在低HF高HNO3浓度区，生成SiO2的能力强而去除SiO2的能力弱， 反应过程受HF反应控制，所以腐蚀线平行于HF浓度线。
简单设备结构与工艺说明图示
HF/HNO3体系腐蚀机理
硅在HON3+HF溶液中的腐蚀速率大，而在纯 HNO3或纯HF溶液中的腐蚀速率很小。
1. 在低HNO3及高HF浓度区（图右角区） 等腐蚀曲线平行于等HNO3浓度线 。
2. 在低HF高HNO3浓度区（图左下角区） 等腐蚀线平行于HF浓度线。
图：硅在70%（重量）HNO3+49%（重量）HF混合液中 的腐蚀速率与成分的关系
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等离子体的应用
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等离子体的产生
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等离子体刻蚀原理
• 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子， 如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻 蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。 • 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
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等离子体刻蚀反应
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• 首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团 或离子。
e
CF CF , CF , CF, F, C 以及 它们的离
4 3 2
• 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表 面上发生化学反应。

需要刻蚀的物质：SiO2 、Si3N4、Polysilicon和铝合金及
Si
要求：图形的保真度高、选择比好、均匀性好、清洁。
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3
刻蚀工艺流程
刻蚀的基本概念 选择性的去除硅片上薄膜的工艺。 选择性：分为整片全部去除和部分去除； 去除：分为干法刻蚀和湿法刻蚀； 薄膜：介电质层、金属层、多晶层、光刻胶等薄膜。
对二氧化硅有选择性，需要氧化物掩膜。
H3PO4:H2O:HNO3:CH3COOH(16:2:1: 对硅，氧化硅和光刻胶有选择性 1)
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
HNO3:H2O:HF(CH3COOH)(50:20:1) 腐蚀速率依赖于腐蚀剂的组成
简要介绍 各向同性或接近各向同性（有严重钻蚀）；对SiO2很少或没有选择性
非常各向异性，对SiO2没有选择性 各向同性或接近各向同性，对SiO2有选择性 非常各向异性，对SiO2选择性很高
接近各向同性（有严重钻蚀）；增大离子能量或降低气压能够改进各向 同性程度；对硅很少或没有选择性
非常各向同性；对硅有选择性 各向同性；对Si3N4有选择性 各向同性，对SiO2有选择性, 但对硅没有选择性 非常各向异性，对硅有选择性，但对SiO2没有选择性 非常各向异性，对硅和SiO2都有选择性， 接近各向同性（有严重钻蚀） 非常各向异性，经常加入BCl3以置换O2 高刻蚀速率，对SiO2没有选择性 对SiO2有选择性
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其刻蚀分为两步，首先是要除去未被光刻胶保护 的硅化金属，可以采用CF4、SF6、Cl2、HCl2等 都可以用来作为硅化金属的RIE的反应气体。
对多晶硅的刻蚀采用氟化物将导致等方向性的刻 蚀，而Polycide 的刻蚀必须采用各向异性，因 此采用氯化物较好，有 Si, HCL2, SiCl4等。

n 物理和化学混合刻蚀，物理刻蚀：CF3＋，化学刻 蚀：F
n
蚀速率
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n 硅的干法刻蚀
1. 多晶硅的刻蚀 n 工艺目的：在CMOS 工艺中，形成MOS 栅电极，
是 特征尺寸刻蚀。
n 工艺方法：
n
n
n 刻蚀气体：Cl2 ＋Ar
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n 刻蚀机理：
n 气体分解电离： Cl2 ＋Ar ＋2e→ Cl+ ＋ Cl＋Ar+ n Cl活性基与Si化学反应： 4Cl ＋ Si→ SiCl4 ↑ n 物理和化学混合刻蚀
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8. 等离子体诱导损伤
等离子体诱导损伤有两种情况： 1）等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷 引起薄栅氧化硅的击穿。 2）带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表
面上的氧化层进行轰击，使器件性能退化。
9. 颗粒沾污和缺陷 ppt课件
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6.3 干法刻蚀原理
1. 刻蚀过程
1）刻蚀气体进入反应腔（以CF4为例） 2）RF电场使反应气体分解电离，产生等离子体 3）
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射 频电源电极（称为阴极）的面积小于接地电极（称为 阳极）的面积时，在系统的电源电极上产生一个较大 的自偏置电场。
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③等离子体中的反应正离子在自偏置电场中加速得 到能量轰击样片表面，这种离子轰击不仅对样片 表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀，而且提高 了表面层自由基和反应原子或原子团的化学活性， 加速与样片的化学反应。
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n 刻蚀机理（续）： n 物理和化学混合刻蚀，物理刻蚀：Ar＋、CF 3＋，化
学刻蚀：CF3 n H的作用：以HF的形式除去一些腐蚀Si的活性基

2023
刻蚀工艺介绍ppt
contents
目录
刻蚀工艺简介刻蚀工艺分类刻蚀工艺流程刻蚀工艺参数优化刻蚀设备及厂商刻蚀工艺发展方向
刻蚀工艺简介
01
刻蚀工艺是指利用化学或物理方法有选择性地去除材料表面上的部分物质，以达到制备特定形状和尺寸的目的。
刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀两种，其中干法刻蚀主要利用等离子体或激光等高能粒子进行表面处理，而湿法刻蚀则主要利用化学试剂对材料表面进行腐蚀。
设备名称
溅射刻蚀机（Sputtering Etcher）
设备名称
等离子刻蚀机（Plasma Etcher）
功能描述
溅射刻蚀机利用高能粒子撞击靶材表面，使靶材表面的粒子撞击待刻蚀材料表面，从而实现刻蚀。
主要设备及功能描述
各厂商设备特点比较
厂商A
设备稳定性好，售后服务有保障，但价格较高。
厂商B
设备性价比高，但技术支持能力较弱。
03
利用氢氧化钠对硅、二氧化硅等材料进行刻蚀。氢氧化钠具有强碱性，能够与硅、二氧化硅等材料发生化学反应，将目标材料去除。
利用化学溶液对材料进行刻蚀。在湿法刻蚀过程中，目标材料与化学溶液发生化学反应，将目标材料去除。
湿法刻蚀
利用等离子体、激光或其他光源对材料进行刻蚀。在干法刻蚀过程中，中性粒子或离子与目标材料发生碰撞，通过物理作用将目标材料去除。
控制曝光能量
曝光
选择合适的显影液
选择合适的显影液，以将曝光后的光刻胶溶解去除，从而形成所需的图案。
控制显影时间和温度
控制显影液的使用时间和温度，以避免显影过度或不足，影响刻蚀的质量和精度。
显影
去除未曝光的光刻胶
通过化学试剂或物理方法将未曝光的光刻胶去除，以暴露出硅片表面需要刻蚀的区域。

下水刀
Rinse 1
可整理ppt
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上水刀 碱洗槽采用5%KOH溶液喷淋，上下各
两道水刀冲洗硅片两面后，风刀吹去硅
上水刀 片上面残液。
风刀
Alkaline rinse
可整理ppt
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碱槽溶液流向图（槽截面）
喷淋头
硅片运行平面
F 槽内液面 过滤器
槽壁
冷却水流动方向 泵
碱液流动方向
可整理ppt
高于溢流口的溶液 从溢流管排掉
在低HF高HNO3浓度区，这个区域里的HNO3过剩，腐 蚀速率取决于SiO2形成后被HF除去的能力，鉴于刚腐 蚀的表面上总是覆盖着相当厚的SiO2层（30---50Å）， 所以这类腐蚀剂是“自钝化”的。该区内，腐蚀速率主 要受络和物扩散而被除去的速率所限制，所以对晶体的 结晶学取向不敏感，是真正的抛光腐蚀。
刻蚀液 完全吸
附
刻蚀槽硅片流入 吸附刻蚀液原理
2051141 橡胶圈
正常
2052934 橡胶圈
较小
可整理ppt
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此为生产mono125-150硅片时图片 硅片刻蚀 后，边缘 水印为反 应生成的 水
硅片刚进 入刻蚀槽
刻蚀槽前后硅 片状态比较
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16
刻蚀槽影响刻蚀效果的因素
一、抽风:抽风在很大程度上会影响到刻蚀槽液面波动，而刻蚀 槽任何的液面波动，对在液面上运行的硅片都有很大影响；
在低HNO3及高HF浓度区，生成SiO2的能 力弱而去除SiO2的能力强，反应过程受 HNO3氧化反应控制，所以腐蚀曲线平行于 等HNO3浓度线 。
在低HF高HNO3浓度区，生成SiO2的能力 强而去除SiO2的能力弱，反应过程受HF反 应控制，所以腐蚀线平行于HF浓度线。