腐蚀工艺简介

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的物质，它的电阻率在10-3~109范围内。自然界中属于半导体的物质很多，用于制造半导体的材料主要是硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）。

纯净的半导体电阻率很高，几乎不导电。但在特定的条件下，如光照、掺杂等，它的电阻率可以降到几十欧姆甚至更低，并且随掺入的杂质不同呈不同的导电特性。我们分别称之为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结具有正向导通反向截止的特性，利用它可以制得常用的二极管。

在集成电路制造中，常用的衬底材料是硅单晶片，根据圆片加工过程中硅单晶切割的晶格方向的不同，可把它分为<100>和<111>等晶向。在mos集成电路制造中，选用的是<100>晶向的圆片。

二、什么是集成电路

不同导电类型的半导体组合在一起，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，完成一定的电路功能，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、集成电路中的常用薄膜。

多晶硅

常用在MOS器件中作为栅电极。也可用于高电阻的电阻器，及局部电路的短连线

二氧化硅

集成电路中使用的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，它有以下几种用途：作为对付掺杂剂注入或扩散进硅的掩膜，提供表面钝化，使器件一部分与一部分隔离，作为MOS器件的一个组成部分（如栅介质），作为金属步线之间的电绝缘。

氮化硅

能阻挡钠离子的扩散，几乎不透潮气并具有很低的氧化速率。用低压CVD （LPCVD）方法淀积的氮化硅膜，主要用作平面工艺的氧化掩膜；用等离子淀积（PECVD）的氮化硅膜，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

集成电路的制造，需要将各种不同的元件（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的图形。把光刻确定的图形转移到构成器件的薄膜上，把不需要的薄膜去除，这一过程称为刻蚀。

五、什么是等离子体

简而言之，等离子体是指电离的气体，是由电子、离子、原子和分子或自由基团粒子的集合体。而这些原子和自由基团通常具有很强的化学活性，可以与其它物质反应。

等离子刻蚀就是选用合适的气体，通过低压放电产生等离子体，利用其中的活性原子和自由基团与硅片表面的薄膜反应，生成挥发性产物而被去除掉，从而实现腐蚀的目的。

六、为什么要用等离子刻蚀

集成电路的制造已从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，加工精度的要求也越来越严格。传统的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，工艺控制难的缺点，无法实现现代集成电路生产的要求。现通常只用于无条宽要求的图形腐蚀和大面积薄膜的剥离。

等离子刻蚀，特别是反应离子刻蚀（RIE），均匀性好，横向腐蚀少，可以实现近乎垂直的腐蚀，条宽损失小，工艺重复性好，并且能够实现终点控制，易控制，在现代集成电路的生产中得到广泛应用。

相对传统的湿法腐蚀工艺，等离子刻蚀亦可称为干法腐蚀。

七、腐蚀中的常用术语

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，边缘剖面面表现为一个圆弧。当侧向腐蚀很小，近似为零时称之为各向异性，图形边缘剖面表现为一个

垂直的剖面。我们把各向异性程度定义为A

f =1-V

1

/V，其中V

1

，和V分别是侧向

和直向的刻蚀速率。

2、选择比（selectivity）

由于在刻蚀过程中圆片上各点的刻蚀速率是不均匀的，被刻蚀薄膜的厚度也存在着一定的不均匀。并考虑到圆片表面在加工的过程中会出现一定的高度差。因此在刻蚀时一定量的过刻蚀是必须的，这意味着圆片上被刻蚀膜的下层薄膜也会被腐蚀，而这层薄膜在集成电路的加工中的损失量有一定的要求（如多晶栅刻蚀时栅氧的损失）。因此在刻蚀时需要对两层薄膜有选择性。另外，在腐蚀时作为掩蔽的光刻胶也同时承受着腐蚀，对它的腐蚀也需要选择。在腐蚀工艺中主腐蚀膜和其它薄膜的刻蚀速率之比称之为选择比。

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的浓度进行检测，判断被腐蚀膜是否基本去除干净，从而对工艺进行控制，这称为终点控制。

4、剖面形貌

八、常用湿法腐蚀工艺

1、硫酸双氧水去胶

说明：去除光刻胶

配比：H

2SO

4

：H

2

O

2

=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

说明：HF酸漂去二氧化硅

配比：HF：H

2

O=1：10

温度：室温

流程：HF酸漂洗（依漂去二氧化硅厚度定时）→溢流5分钟→冲水10次→甩干3、氮化硅

说明：推阱及场氧后LPSIN的剥离

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

说明：非关键尺寸二氧化硅图形窗口的腐蚀

配比：BOE

温度：室温

流程：BOE漂（依须腐蚀二氧化硅厚度定时）→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

说明：金属腐蚀及通孔腐蚀干法去胶后的清洗，去除因干法腐蚀而残留在图形边缘的聚合物

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

一个简单的等离子刻蚀机包括：气体管路系统，真空系统，反应室，射频及匹配系统，传片系统，终点控制系统。按反应室结构可将其分为桶型反应腔，平板电容型，六面体电极结构等；按硅片处理方式可分为单片式和批处理式。

1、PRS800——桶型批处理式等离子去胶机，工艺气体为O

2

，适用工艺有：大束流注入后的干法去胶、金属腐蚀后、孔腐蚀后的干法去胶及一些不适合硫酸双氧水去胶工艺的光刻胶的去除。

操作步骤：

1)确认反应室在大气状态，如果反应室不在大气状态，按VENT键，VENT绿灯亮，一分钟

后，听见“嗤嗤”声，说明反应室已处于大气状态，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，根据工艺需要用吸笔将硅片装入石英舟。

3)拉开反应室的门，用叉将舟装入反应室，推上反应室门。

4)设定工艺时间，根据工艺，按Process Time下的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，观察功率（watts）,流量（Flow sccm），压力（pressure×10-3）是否正

常。

7)刻蚀结束后，“VENT”绿灯闪烁。

8)按NENT，向反应室充气，“VENT”绿灯亮。

9)约等1分钟，听到有轻微“嗤嗤”声，说明反应室已到大气状态，按VENT键，停止充

气，“VENT”绿灯灭。

10)戴上手套，拉开反应室门，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Si

3N

4

的腐蚀。工艺气体分

别为Cl

2/He和SF

6

/He。

操作步骤：

1)按STATUS键，屏幕显示STATUS页，IDIE状态。

2)选择所需工艺*的Recipe Module，插入接口，按LOAD键，显示所需的工艺菜单号。

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)把整理好的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设备工作情况，决定先行片腐蚀前是否走些假片。

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。

操作步骤：

1)若设备处于status页，Load and process idle状态画面右上角RCP菜单号是否为所

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，待片子进入传输系统后，按STOP键。

3)先行片刻蚀结束后，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——六面体电极结构型批腐蚀机，用于金属腐蚀。工艺气体为

Cl

2/BCl

3

，辅助气体为CF

4

/CHF

3

。

操作步骤：

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)装好片的后，按DOOR键关门，自动将LOAD反应室压力抽到<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是否为所需的工艺菜单（一般为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是否为所需装片程序（一般用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，观察硅片位置。

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，观察终点

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)将腐蚀好的片子卸下，将传片盒放回原位，按DOOR关门，门关好后，按ABORT键，不

需将LOAD反应室抽真空。

12)进行干刻送出作业。

注意：金属腐蚀结束后须马上送湿法间冲水，随后立即做干法去胶。

5、FUSION150——单片式紫外固胶机，适用于孔腐蚀和金属腐蚀前和大束流注入前光刻胶

的固化。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出现高温，发生塌胶和燃胶现象，影响工艺质量。

1)若设备处于关机状态，按“PROCEED”键，等待机械臂复位。

2)当设备处于“MAIN MENU”画面，按↓键，将光标移到“PROCESS MENU”处，按SELECT

键，出现“PROCESS MENU”画面。

3)按↓键，将光标移至“SELECT PROCESS”处，按SELECT键，出现“SELECT PROCESS B*”

画面。

4)如果显示不是所须程序，则按↑或↓键，选择需要的程序。

5)按SELECT键确认，出现“SELECT PROCESS”画面。

6)按RESUME键，出现“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)设备开始运行，有吹气声发出，按PROC MODE ，选择AUTO START模式。

10)按BATCH START键，开始固胶。

11)结束后若无圆片急需处理，按MENU键。

12)若箭头在POWER DOWN ，按SELECT键，设备回到关机状态。

13)注意：本设备右边下料片架为白色、Teflon专用片架。

14)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的剥离。

。

工艺气体：SF

6

操作步骤：

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，检查背面腐蚀情况。

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。

7)注意：该工艺腐蚀的是圆片背面多晶硅，腐蚀时必须使硅片背面朝上。

7、TEGAL1511E——平板电容型单片腐蚀机，用于多晶和Si3N4的腐蚀。

1)若主机处于“Standby”状态，按触摸屏上的“release”键使主机进入工作状态。

2)待主机显示“Idle”状态，屏幕下方的命令行出现。检查命令行上方的菜单名，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的圆片整理好，放于主机左侧上料台，将空的工作片架放于主机

右侧出料台。

4)按下“WAFER”键，进行先行片刻蚀。

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

合要求。

6)先行片检查符合要求后，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，如不连续工作，按“more”键，直至命令行出现“S tandby”命令，按

“S tandby”使主机进入“S tandby”状态。

附：1、腐蚀工艺简表

2、腐蚀菜单简表