腐蚀基本工艺简介.doc

腐蚀工艺教程
一、什么是半导体？
半导体是介于导体和绝缘体之间物质，它电阻率在10-3~109范畴内。自然界中属于半导体物质诸多，用于制造半导体材料重要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。
纯净半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定条件下，如光照、掺杂等，它电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入杂质不同呈不同导电特性。咱们分别称之为P（空穴导电）型半导体和N（电子导电）型半导体。P型半导体和N型半导体相接触时，在接触面就形成了PN结。PN结具备正向导通反向截止特性，运用它可以制得惯用二极管。
在集成电路制造中，惯用衬底材料是硅单晶片，依照圆片加工过程中硅单晶切割晶格方向不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用是<100>晶向圆片。
二、 什么是集成电路？
不同导电类型半导体组合在一起，可以做成二极管、三极管、电容、电阻，如果把这些元件做在同一块芯片上，完毕一定电路功能，就称之为集成电路。
集成电路可分为双极集成电路和MOS集成电路，MOS集成电路又可分为nMOS集成电路、pMOS集成电路和CMOS集成电路。
三、集成电路中惯用薄膜。
多晶硅
惯用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻电阻器，及局部电路短连线
二氧化硅
集成电路中使用二氧化硅膜可分为热二氧化硅和CVD淀积二氧化硅两类。在MOS集成电路中，它有如下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅掩膜，提供表面钝化，使器件一某些与一某些隔离，作为MOS器件一种构成某些（如栅介质），作为金属步线之间电绝缘。
氮化硅
能阻挡钠离子扩散，几乎不透潮气并具备很低氧化速率。用低压CVD（LPCVD）办法淀积氮化硅膜，重要用作平面工艺氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）氮化硅膜，能在较低温度下生成，可作为钝化保护层。
Al-Si-Cu
用在集成电路中作为金属互连线。
四、 什么是刻蚀
集成电路制造，需要将各种不同元件（晶体管、电阻、电容）做在同一块芯片上去，需要在芯片上做出不同图形。把光刻拟定图形转移到构成器件薄膜上，把不需要薄膜去除，这一过程称为刻蚀。
五、 什么是等离子体？
简而言之，等离子体是指电离气体，是由电子、离子、原子和分子或自由基团粒子集合体。而这些原子和自由基团普通具备很强化学活性，可以与其他物质反映。
等离子刻蚀就是选用适当气体，通过低压放电产生等离子体，运用其中活性原子和自由基团与硅片表面薄膜反映，生成挥发性产物而被去除掉，从而实现腐蚀目。
六、 为什么要用等离子刻蚀？
集成电路制造已从LSI（大规模集成电路）发展到了ULSI（甚大规模集成电路）阶段，图形密度越来越高，加工线条越来越细，加工精度规定也越来越严格。老式湿法腐蚀工艺由于存在着横向腐蚀大，条宽损失严重，均匀性差，工艺控制难缺陷，无法实现当代集成电路生产规定。现普通只用于无条宽规定图形腐蚀和大面积薄膜剥离。
等离子刻蚀，特别是反映离子刻蚀（RIE），均匀性好，横向腐蚀少，可以实现近乎垂直腐蚀，条宽损失小，工艺重复性好，并且可以实现终点控制，易控制，在当代集成电路生产中得到广泛应用。
相对老式湿法腐蚀工艺，等离子刻蚀亦可称为干法腐蚀。

常用腐蚀膜
惯用刻蚀气体
多晶硅
Cl2/He、Cl2/HBr、CF4、SF6、HCl
氮化硅
CF4、SF6
二氧化硅
CF4/CHF3、
Al-Si-Cu
BCl3/Cl2、CCl4/Cl2
光刻胶
O2

七、 腐蚀中惯用术语
1、 各向同性（isotropic）和各向异性（anisotropic）
在刻蚀过程中，除了在垂直方向存在着腐蚀之外，还存在着侧向腐蚀。当横向腐蚀与侧向腐蚀速率相等时，称为各向同性。此时，边沿剖面面体现为一种圆弧。当侧向腐蚀很小，近似为零时称之为各向异性，图形边沿剖面体现为一种垂直剖面。咱们把各向异性限度定义为Af=1-V1/V，其中V1，和V分别是侧向和直向刻蚀速率。
2、 选取比（selectivity）
由于在刻蚀过程中圆片上各点刻蚀速率是不均匀，被刻蚀薄膜厚度也存在着一定不均匀。并考虑到圆片表面在加工过程中会浮现一定高度差。因而在刻蚀时一定量过刻蚀是必要，这意味着圆片上被刻蚀膜下层薄膜也会被腐蚀，而这层薄膜在集成电路加工中损失量有一定规定（如多晶栅刻蚀时栅氧损失）。因而在刻蚀时需要对两层薄膜有选取性。此外，在腐蚀时作为掩蔽光刻胶也同步承受着腐蚀，对它腐蚀也需要选取。在腐蚀工艺中主腐蚀膜和其他薄膜刻蚀速率之比称之为选取比。
3、终点控制
在等离子刻蚀中常采用发射光谱法对等离子体中刻蚀剂或刻蚀产物浓度进行检测，判断被腐蚀膜与否基本去除干净，从而对工艺进行控制，这称为终点控制。
4、 剖面形貌

Vertical (anisotropic)
Slope (Positive)
Negative
Bowed
Notched
Trench
Undercutter
Isotropic

八、 惯用湿法腐蚀工艺
1、 硫酸双氧水去胶
阐明：去除光刻胶
配比：H2SO4：H2O2=3：1
温度：140℃
流程：1槽5分钟→溢流5分钟→2槽5分钟→冲水10次→甩干
2、 DHF去二氧化硅
阐明：HF酸漂去二氧化硅
配比：HF：H2O=1：10
温度：室温
流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定期）→溢流5分钟→冲水10次→甩干
3、氮化硅
阐明：推阱及场氧后LPSIN剥离
配比：98%磷酸
温度：160℃
流程：HF酸漂洗30sec→溢流5分钟→磷酸槽60min→溢流5分钟→冲水10次→甩干
5、 BOE腐蚀二氧化硅
阐明：非核心尺寸二氧化硅图形窗口腐蚀
配比：BOE
温度：室温
流程：BOE漂（依须腐蚀二氧化硅厚度定期）→溢流5分钟→冲水10次→甩干
注意：由于圆片上带有光刻胶，腐蚀前须热坚膜，条件是120℃30min，若腐蚀时间超过3min，腐蚀前热坚膜120℃30min+150℃15min，每腐蚀1min30sec加烘120℃30min。
6、EKC清洗
阐明：金属腐蚀及通孔腐蚀干法去胶后清洗，去除因干法腐蚀而残留在图形边沿聚合物
配比：EKC265/IPA
温度：EKC265 65℃
IPA 室温
流程：EKC槽30min→IPA3min→→冲水10次→甩干
九、 等离子刻蚀设备及工艺
一种简朴等离子刻蚀机涉及：气体管路系统，真空系统，反映室，射频及匹配系统，传片系统，终点控制系统。按反映室构造可将其分为桶型反映腔，平板电容型，六面体电极构造等；按硅片解决方式可分为单片式和批解决式。

1、 PRS800——桶型批解决式等离子去胶机，工艺气体为O2，合用工艺有：大束流注入后干法去胶、金属腐蚀后、孔腐蚀后干法去胶及某些不适合硫酸双氧水去胶工艺光刻胶去除。
操作环节：
1) 确认反映室在大气状态，如果反映室不在大气状态，按VENT键，VENT绿灯亮，一分钟后，听见“嗤嗤”声，阐明反映室已处在大气状态，按VENT，绿灯熄灭，停止充气。
2) 戴上手套，用倒角器理片，大切片向上，依照工艺需要用吸笔将硅片装入石英舟。
3) 拉开反映室门，用叉将舟装入反映室，推上反映室门。
4) 设定工艺时间，依照工艺，按Process Time下白色按钮设定工艺时间，左起第一位为十位，第二位为个位，单位为分。
5) 按PUMP键，PUMP绿灯亮，去胶自动进行。
6) 刻蚀开始后，观测功率（watts）,流量（Flow sccm），压力（pressure×10-3）与否正常。
7) 刻蚀结束后，“VENT”绿灯闪烁。
8) 按NENT，向反映室充气，“VENT”绿灯亮。
9) 约等1分钟，听到有轻微“嗤嗤”声，阐明反映室已到大气状态，按VENT键，停止充气，“VENT”绿灯灭。
10) 戴上手套，拉开反映室门，用叉取出石英舟，冷却一会，用吸笔将圆片移回传片架。
11) 做干法腐蚀送出片作业。

2、 AUTO490——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶和Si3N4腐蚀。工艺气体分别为Cl2/He和SF6/He。
操作环节：
1) 按STATUS键，屏幕显示STATUS页，IDIE状态。
2) 选取所需工艺*Recipe Module，插入接口，按LOAD键，显示所需工艺菜单号。
3) 按RECIPE键，查看工艺菜单内容及菜单号。
4) 确认工艺菜单后，按STATOS键，返回STATUS页，Idle状态。
5) 把整顿好待加工圆片放在左边Index中，右边Index放空片架。
6) 按START键，待片子流出片架，按STOP键，进行先行片腐蚀。
7) 先行片腐蚀结束后，取出，在显微镜下检查，若无异样，用膜厚仪测剩余SiO2厚度。
8) 先行片检查合格片，将片架放回右边Index。
9) 按START键，进行批腐蚀。
腐蚀结束后，将圆片移回传片架进行腐蚀，送出作业。
注意：视490设备工作状况，决定先行片腐蚀前与否走些假片。

3、 RAINBOW4500I——平板电容型单片腐蚀机，带一各向同性腐蚀腔，用于二氧化硅腐蚀。
操作环节：
1) 若设备处在status页，Load and process idle状态画面右上角RCP菜单号与否为所需菜单。若不是，按LOAD键，输入所需菜单号，按ENT键确认，按SEL键取消。
2) 先行片腐蚀：按START键，待片子进入传播系统后，按STOP键。
3) 先行半晌蚀结束后，在显微镜下检查圆片，若片子表面图形无异常，进行膜厚仪测试检查，测5点。
4) 多晶通孔腐蚀后，划片槽内SiO2<2nm。
5) 接触孔各向同性腐蚀后，划片槽内SiO2400~500nm。
6) 通孔各向同性腐蚀后，划片槽内SiO2600~700nm。
7) spacer腐蚀后，有源区内SiO2<2nm，场区SiO2>380nm。
8) 平坦化腐蚀后，划片槽Al上SiO2厚450-650nm之间。
9) 二氧化硅腐蚀后，剩余SiO2厚度由流程单规定。
10) 先行片检查合格后，进行批腐蚀，将片架放回出料台，按START键，腐蚀自动进行。
11) 批腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行干刻送出作业。

4、 AM8330——六面体电极构造型批腐蚀机，用于金属腐蚀。工艺气体为Cl2/BCl3，辅助气体为CF4/CHF3。
操作环节：
1) 当屏幕显示PROCESS：Waiting for operator action.
LOADER： Idle.
2) 按DOOR开门。
3) LOADER显示Waiting for cassette replacement时可进行装片，右边为装片台，左边为出片台，底部为假片片架，一次可装工艺片两批。
4) 装好片后，按DOOR键关门，自动将LOAD反映室压力抽到<5m,此过程约需10分钟。
5) 按F5 PROGRAM ，再按F1 RECIPES，用→←↑↓键将光标移到Select A Recipe,按ENTER，检查左上角RECIPE To RUN与否为所需工艺菜单（普通为METAL1-EPD），若不是所需菜单，将光标移到右边所需菜单名称上，按ENTER，则此菜单被选上。
6) 按F5 再按F2 LOAD，将光标移到Select A Sequence上，按ENTER，检查左上角Sequence to Run与否为所需装片程序（普通用Full-LOAD），若不是所需程序，将光刻移到右边所需程序上，按ENTER，此程序被选。
7) 当LOADER显示Idle时，按F4 NORMAL OPERATION，再按F2 WAFER TRANSTER，开始传片，这时按F6 SERVICE 将光标移到WAFER LOCATION上，按ENTER，观测硅片位置。
8) 流片结束后，自动进行工艺腐蚀，按F7 MONITOR，再按F2可监控工艺进行状况。
9) 腐蚀到第二步时，按F4 NORMAL OPERATION，再按F4 ENDPOINT OPERATION，观测终点曲线。
10) 一炉腐蚀完，设备会自进行下一炉装片及腐蚀至所装工艺片，腐蚀完毕，并开门。
11) 将腐蚀好片子卸下，将传片盒放回原位，按DOOR关门，门关好后，按ABORT键，不需将LOAD反映室抽真空。
12) 进行干刻送出作业。
注意：金属腐蚀结束后须立即送湿法间冲水，随后及时做干法去胶。

5、 FUSION150——单片式紫外固胶机，合用于孔腐蚀和金属腐蚀前和大束流注入前光刻胶固化。若取消UV固胶，在孔腐蚀和大束流注入等工艺中，光刻胶表面因受大量离子轰击浮现高温，发生塌胶和燃胶现象，影响工艺质量。
1) 若设备处在关机状态，按“PROCEED”键，等待机械臂复位。
2) 当设备处在“MAIN MENU”画面，按↓键，将光标移到“PROCESS MENU”处，按SELECT键，浮现“PROCESS MENU”画面。
3) 按↓键，将光标移至“SELECT PROCESS”处，按SELECT键，浮现“SELECT PROCESS B*”画面。
4) 如果显示不是所须程序，则按↑或↓键，选取需要程序。
5) 按SELECT键确认，浮现“SELECT PROCESS”画面。
6) 按RESUME键，浮现“SELECT PROCESS *** ”画面。
7) 按MENU键，显示回到“PROCESS MENU”画面。
8) 按↓键，将光标移到“VIEW CYCLE STATUS”处，按SELECT键。
9) 设备开始运营，有吹气声发出，按PROC MODE ，选取AUTO START模式。
10) 按BATCH START键，开始固胶。
11) 结束后若无圆片急需解决，按MENU键。
12) 若箭头在POWER DOWN ，按SELECT键，设备回到关机状态。
注意：本设备右边下料片架为白色、Teflon专用片架。
13) 作腐蚀送出作业。

6、 TEGAL801——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶淀积后硅片背面多晶剥离。工艺气体：SF6。
操作环节：
1) 按AC，打开主机电源。
2) 按CH1，打开工艺通道。
3) 按Wafer Feed进行先行片腐蚀。
4) 先行片腐蚀结束后，检查背面腐蚀状况。
5) 若先行片腐蚀无异样，按Auto进行批腐蚀。
6) 腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行腐蚀送出作业。
注意：该工艺腐蚀是圆片背面多晶硅，腐蚀时必要使硅片背面朝上。
7、 TEGAL1511E——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶和Si3N4腐蚀。
1) 若主机处在“Standby”状态，按触摸屏上“release”键使主机进入工作状态。
2) 待主机显示“Idle”状态，屏幕下方命令行浮现。检查命令行上方菜单名，如不是所需菜单名，按菜单名键，直至得到所需菜单名*。
3) 用硅片转换器把待腐蚀圆片整顿好，放于主机左侧上料台，将空工作片架放于主机右侧出料台。
4) 按下“WAFER”键，进行先行半晌蚀。
5) 先行片腐蚀结束后，取出放在显微镜下检查，若无异样，用膜厚仪测剩余SiO2厚度符合规定。
6) 先行片检查符合规定后，将片架放回出料台。
7) 按“LOT”键，进行批腐蚀。
8) 腐蚀结束后，将圆片移回传片架，进行腐蚀送出作业。
9) 腐蚀结束后，如不持续工作，按“more”键，直至命令行浮现“Standby”命令，按“Standby”使主机进入“Standby”状态。
附：1、腐蚀工艺简表
工序名称
使用设备
腐蚀薄膜
UV固胶
Fusion 150

热坚膜
烘箱

N阱腐蚀
Tegal 1511e
LPCVD SiN
Lam490
去氮化硅
湿法腐蚀台
场氧后LPCVD SiN，推阱后LPCVD SiN
漂SiO2
湿法腐蚀台
1. 推阱后 2. 预栅氧前 3. 栅氧前漂洗
BOE腐蚀二氧化硅
湿法腐蚀台
热二氧化硅、TEOS、BPSG
湿法去胶
湿法腐蚀台
注入和腐蚀后去胶
干法去胶
PRS-800
注入和腐蚀后去胶
有源区腐蚀
Tegal 1511e
LPCVD SiN
Lam490
埋孔腐蚀
Lam 490
多晶硅
去背面
Tegal 801
多晶硅
多晶腐蚀
Lam 490
多晶硅
多晶通孔腐蚀
Lam 4500i
多晶硅
多晶Ⅱ腐蚀
Lam 490
多晶硅
标记腐蚀
Lam 490
硅片
接触孔腐蚀
Lam 4500i
BPSG膜，TEOS膜
二氧化硅腐蚀
Lam 4500i
二氧化硅
金属Ⅰ腐蚀
AM 8330
Al-Si-Cu金属膜
Al-Si腐蚀
AM8330
Al-Si金属膜
平坦化腐蚀
Lam 4500i
TEOS膜
通孔腐蚀
Lam 4500i
TEOS膜
金属Ⅱ腐蚀
AM 8330
Al-Si-Cu金属膜
钝化孔腐蚀
Lam 4500i
TEOS膜
Tegal 1511e
PESiN
Lam490

2、腐蚀菜单简表
工序名称
使用设备
菜单号
N阱腐蚀
Tegal 1511e
LPSIN
Lam490
001#
UV坚膜
FUSION150
G#（金属腐蚀前）
B#（接触孔、通孔腐蚀前）
有源区腐蚀
Tegal 1511e
LPSIN
Lam490
001#
干法去胶
PRS800
35min （多晶去胶）
65min （常规去胶）
埋孔腐蚀
Lam 490
002#
多晶腐蚀
Lam 490
003#
005#（High Topgraphy）
Spacer腐蚀
Lam 4500i
300#
多晶通孔腐蚀
Lam 4500i
100#
多晶Ⅱ腐蚀
Lam 490
004#
005#
非掺杂多晶腐蚀
Lam 490
006#
标记腐蚀
Lam 490
008#
接触孔腐蚀
Lam 4500i
200#
接触孔各向同性腐蚀
Lam 4500i
120#
接触孔各向异性腐蚀
Lam 4500i
220#
二氧化硅腐蚀
Lam 4500i
700#
金属Ⅰ腐蚀
AM 8330
METAL1-EPD
Al-Si腐蚀
AM 8330
AL-SI1
平坦化腐蚀
Lam 4500i
400#
通孔腐蚀
Lam 4500i
500#
通孔各向同性腐蚀
Lam 4500i
150#
通孔各向异性腐蚀
Lam 4500i
250#
金属Ⅱ腐蚀
AM 8330
METAL1-EPD
钝化孔腐蚀
Lam 4500i
600#
Tegal 1511e
PESIN
Lam490
007#