刻蝕工藝基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)析

刻蝕工藝基礎(chǔ)

刻蝕速率

刻蝕速率是測(cè)量刻蝕物質(zhì)被移除的速率。由于刻蝕速率直接影響刻蝕的產(chǎn)量，因此刻蝕速率是一個(gè)重要參數(shù)。通過(guò)測(cè)量刻蝕前后的薄膜厚度，將差值除以刻蝕時(shí)間就能計(jì)算出刻蝕速率：

刻蝕速率=(刻蝕前厚度-刻蝕后厚度)/刻蝕時(shí)間

對(duì)于圖形化刻蝕，刻蝕速率可以通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)直接測(cè)量出被移除的薄膜厚度。

問(wèn)題：如果熱氧化層的厚度為5000A,經(jīng)過(guò)30s等離子體刻蝕后，厚度變?yōu)?400A,求刻蝕速率。

答：刻蝕速率=(5000A-2400A)/0.5min=2600A/0.5min

=5200A/min

問(wèn)題：下圖顯示了BPSG接觸窗口的刻蝕輪廓，求刻蝕速率。

答：刻蝕速率=4500A/(45/60)min=4500A/0.75min

=6000A/min。

刻蝕的均勻性

刻蝕過(guò)程重要的一點(diǎn)是要求整個(gè)晶圓必須有一個(gè)均勻的刻蝕速率，或好的晶圓內(nèi)(WithinWafer,WIW)均勻性，以及高的重復(fù)性，好的晶圓對(duì)晶圓均勻性。通常均勻性由測(cè)量刻蝕前后晶圓的特定點(diǎn)厚度，并計(jì)算這些點(diǎn)的刻蝕速率得出。若它們是x1、x2、xN，其中N表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)。

問(wèn)題：利用五點(diǎn)測(cè)量法計(jì)算NUm(見(jiàn)下圖)：

刻蝕前：3500A,3510A,3499A,3501A,3493A

刻蝕60s后：1500A,1455A,1524A,1451A,1563A

答：刻蝕速率為：2000A/min,2055A/min,1975A/min,

2055A/min和1930A/min。

平均刻蝕速率為：2003A/min

NUm=(2055-1930)/(2x2003)=3.12%

當(dāng)與代理商或客戶交易時(shí)，均勻性的定義很重要，因?yàn)椴煌亩x將產(chǎn)生不同的結(jié)果。

刻蝕選擇性

圖形化刻蝕通常包含三種材料:光刻膠、被刻蝕的薄膜及襯底?？涛g過(guò)程中，這三種材料都會(huì)受刻蝕劑的化學(xué)反應(yīng)或等離子體刻蝕中離子轟擊的影響。不同材料之間的刻蝕速率差就是所謂的選擇性。

選擇性是指不同材料之間的刻蝕速率比率，特別是對(duì)于要被蝕刻的材料和不被移除的材料。

比如，當(dāng)刻蝕柵電極時(shí)(見(jiàn)下圖),光刻膠作為刻蝕屏蔽層而多晶硅是被刻蝕的材料。由于等離子體刻蝕難免會(huì)刻蝕到光刻膠，所以必須有足夠高的多晶硅對(duì)光刻膠的選擇性以避免刻蝕完成前損失過(guò)多的光刻膠(PR)。多晶硅下方是厚度為15?100A的超薄柵氧化層。這個(gè)工藝過(guò)程中，多晶硅對(duì)氧化物的選擇性必須非常高，才能避免多晶硅過(guò)刻蝕中穿透柵氧化層。

刻蝕輪廓

刻蝕的最重要特征之一就是刻蝕輪廓，它將影響沉積工藝。下圖顯示了不同的刻蝕輪廓。一般利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察刻蝕輪廓。

垂直輪廓是最理想的刻蝕圖形，因?yàn)樗軐R上的圖形轉(zhuǎn)移到下面的薄膜而不造成任何CD損失。許多情況下，尤其是接觸窗和金屬層間接觸窗孔刻蝕，使用非等向性且略微傾斜的輪廓較好,這樣刻蝕窗口的張角較大，使后續(xù)的鎢CVD能夠容易填充而不留空隙。

單純的化學(xué)刻蝕具有等向性輪廓，在光刻膠下產(chǎn)生底切效應(yīng)并造成CD損失。底切輪廓是由于反應(yīng)式離子刻蝕(RIE)過(guò)程中過(guò)多的蝕刻氣體分子或過(guò)多的離子散射到側(cè)壁上造成的，RIE結(jié)合了物理和化學(xué)刻蝕。輪廓底切效應(yīng)很容易造成后續(xù)的沉積過(guò)程并在填補(bǔ)空隙或空洞時(shí)產(chǎn)生間隙。

另外，“I”字形輪廓的形成是因?yàn)閵A心式薄膜的中間層使用了錯(cuò)誤的刻蝕化學(xué)試劑形成的。

審核編輯：劉清