刻蚀

在完成显影检验步骤后,掩膜版的图形就被固定在光刻胶膜上并准备刻蚀。在刻蚀后图形就会被永久的转移到晶圆的表面。刻蚀就是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺。

刻蚀工艺主要有两大类:湿法和干法刻蚀。两种方法的主要目标是将光刻掩膜版上的图形精确的转移到晶圆的表面。其他刻蚀工艺地目标包括一致性、边缘轮廓控制、选择性、洁净度和拥有成本最低化。

 

湿法刻蚀

历史上的刻蚀方法一直使用液体刻蚀剂沉浸技术。规程类似于氧化前清洁-冲洗-干燥工艺中去除残留的酸,再送到最终清洗台以冲洗和甩干。湿法刻蚀用于特征图形尺寸大于3um的产品。低于此水平时,由于控制和精度的需要就应使用干法刻蚀了。

刻蚀一致性和工艺控制由附加的加热器和搅动设备来提高,例如,搅拌器或带有超声波和兆频超声波的槽。

被选择的刻蚀液要有可均匀地去除晶圆表层又不伤及下一层材料的能力。

超声波

刻蚀时间的变化性是一个工艺参数它受料盒和晶圆再槽中到达我呢度平衡过程中温度变化的影响和在晶圆被送入冲洗槽过程中持续刻蚀的影响。一般地,工艺被设置在最短的时间并保持在均匀刻蚀和高生产力。最大时间受限于光刻胶在晶圆表面的黏结时间。

 

刻蚀的目的和问题

图形复制的精度依靠几个工艺参数。它们包括:不完全刻蚀、过刻蚀、钻蚀、选择比和侧边的各向异性/各向同性刻蚀。

 

不完全刻蚀

不完全刻蚀是指表面层还留在图形孔中或表面上的情况。不完全刻蚀的原因是可是时间太短,出现可减慢刻蚀时间的表面层,或是一个薄层不均匀的表层也可导致在厚的部分产生不完全刻蚀。如果使用化学湿法刻蚀,过低的温度或弱的刻蚀液会导致不完全刻蚀。如果是干法等离子刻蚀,不正确的混合气体或不当的系统运行可导致相同的影响。

 

过刻蚀和钻蚀

与不完全刻蚀相反的是过刻蚀。在任何的刻蚀工艺中,总会有一定程度的、有计划的过刻蚀,以便允许表面层厚度的变化。有计划的过刻蚀还可用以突破最外表层的缓慢刻蚀层。

理想的刻蚀应在表面中形成垂直的侧边。产生这种理想结果的刻蚀技术称为各向异性刻蚀。然而,刻蚀剂会从各个方向去掉材料,这种现象称为各向同性。在从最外表层刻蚀到表层底部的过程中刻蚀也会在最外表面进行。结果会在侧边形成一个斜面。这种作用因在光刻胶边缘下被刻蚀,所以被称为钻蚀。一个持续的刻蚀目标是把钻蚀水平控制在一个可接受的范围内。电路版图的设计者在计划电路时会把钻蚀考虑在内。相邻的图形必须要分开一定的距离以防止短路。在图形设计时必须计算钻蚀量。各向异性刻蚀可用等离子体刻蚀的方法来得到,它用于刻蚀高级电路时受到青睐。钻蚀的减少可允许制作更密的电路。

刻蚀

当刻蚀时间过长,刻蚀温度太高,或是刻蚀剂混合物太强便会发生严重的钻蚀。当光刻胶和晶圆表面黏结力较弱时也会发生钻蚀。这是一个持续令人单行的问题。干燥脱水、底胶、软烘培和硬烘培的目的就是用来防止这种问题的。在刻蚀开孔的边缘光刻胶黏结附力的失效会导致严重的钻蚀。如果黏结力非常弱,光刻胶会翘起而导致极为严重的钻蚀。

 

选择比

刻蚀工序的另一个目标是保护被刻蚀层下的表面。如果晶圆的下层表面被部分刻蚀掉,则器件的物理尺寸和电性能会发生改变。与保护表面相关的刻蚀工艺的性质是选择比。它由被刻蚀层的刻蚀速率与被刻蚀层下面表层的刻蚀速率的比来表示。以不同的刻蚀方法氧化硅/硅的选择比为20~40.高选择性意味着下表层很少或没有被刻蚀。在刻蚀深宽比大于3:1的小接触孔时,良好的选择性也会成为一个问题。选择比还适用于光刻胶去除。这在干法刻蚀中考虑较多。在表层被刻蚀的同时,一些光刻胶也会被同时去除。选择比必须足够高,以保证刻蚀完成前光刻胶不会在被刻蚀层之前被去除掉。

 

湿法喷射刻蚀

湿法喷射刻蚀相对沉浸刻蚀有几个优点。其主要优点是喷射的机械压力而增加的精确度。湿法刻蚀可以将来自刻蚀剂的污染讲到最低程度。从工艺控制的观点来看,喷射刻蚀因刻蚀剂可被水冲洗从而可以及时的从表面去掉而更加可控。单晶圆旋转喷射系统有显著的工艺一致性的优点。

喷射刻蚀的缺点时设备系统的成本,对于压力系统中有毒刻蚀剂的安全考虑以及用于防止机器老化的防刻蚀材料的要求方面。其优点为:喷射刻蚀系统通常是封闭的,这增加了操作人员的安全性。

喷雾

对于小特征尺寸和/或更大直径晶圆,批浸没式刻蚀虽然有生产效率高的优点,也不满足均匀性的要求。具有机械手自动装卸系统的单片晶圆模块喷雾设备克服了批浸没式刻蚀的局限性。它们提供了需要的化学组分的控制、定时和刻蚀的均匀性。在硅工艺技术中用于刻蚀不同层的长哟个化学品之后小编将为大家仔细介绍。

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