半導(dǎo)體工藝-圖形曝光與光刻.ppt

1、圖形曝光與光刻,現(xiàn)代半導(dǎo)體器件物理與工藝,Physics and Technology of Modern Semiconductor Devices,2004,7,30,圖形曝光與刻蝕,圖形曝光（lithography）是利用掩模版（mask）上的幾何圖形，通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，將圖案轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體晶片上的感光薄膜層上（光致抗蝕劑、光刻膠、光阻）的一種工藝步驟。 這些圖案可用來(lái)定義集成電路中各種不同區(qū)域，如離子注入、接觸窗與壓焊墊區(qū)。而由圖形曝光所形成的抗蝕劑圖案，并不是電路器件的最終部分，而只是電路圖形的印模。為了產(chǎn)生電路圖形，這些抗蝕劑圖案不像再次轉(zhuǎn)移至下層的器件層上。這種圖案轉(zhuǎn)移是利用腐

2、蝕工藝，選擇性地將未被抗蝕劑掩蔽的區(qū)域除去。,光學(xué)圖形曝光潔凈室,在集成電路制造中，主要的圖形曝光設(shè)備是利用紫外光=0.2-0.4m的光學(xué)儀器。主要討論曝光裝置、掩模版、抗蝕劑與分辨率。,塵埃粒子在掩模版圖案上 所造成的不同腐蝕的影響,在IC制造中必須要求潔凈的廠房，特別是圖形曝光的工作區(qū)域，因?yàn)閴m?？赡軙?huì)粘附于晶片或掩模版上造成器件的缺陷從而是電路失效。,英制系統(tǒng)等級(jí)數(shù)值是每立方英尺中直徑大于或等于0.5 um的塵埃粒子總數(shù)不準(zhǔn)超過(guò)設(shè)計(jì)等級(jí)數(shù)值。 公制系統(tǒng)等級(jí)數(shù)值是每立方米中直徑大于或等于0.5um的塵埃粒子總數(shù)不準(zhǔn)超過(guò)設(shè)計(jì)等級(jí)數(shù)值（以指數(shù)計(jì)算，底數(shù)為10）。,光刻機(jī),光刻機(jī)的性能由三個(gè)參數(shù)

3、判斷：分辨率、套準(zhǔn)精度與產(chǎn)率。 分辨率：能精確轉(zhuǎn)移到晶片表面抗蝕劑膜上圖案的最小尺寸； 套準(zhǔn)精度：后續(xù)掩模版與先前掩模版刻在硅片上的圖形相互對(duì)準(zhǔn)的程度； 產(chǎn)率：對(duì)一給定的掩模版，每小時(shí)能曝光完成的晶片數(shù)量。 光學(xué)曝光方法：遮蔽式曝光和投影式曝光。 遮蔽式曝光：可分為掩模版與晶片直接接觸的接觸式曝光和二者緊密相鄰的接近式曝光。若有塵埃或硅渣嵌入掩模版中，將造成掩模版永久性損壞，在后續(xù)曝光的晶片上形成缺陷。 投影式曝光：在掩模版與晶片間有一距離，10-50um。但這一間隙會(huì)在掩模版圖案邊緣造成光學(xué)衍射。導(dǎo)致分辨率退化。,投影式曝光,對(duì)遮蔽式曝光，最小線寬（臨界尺寸）可用下式表示,其中，是曝光光源的

4、波長(zhǎng)，g是掩模版與晶片間的間隙距離。當(dāng)與g 減小時(shí)，可以得到lCD縮小的優(yōu)勢(shì)。然而，當(dāng)給定一個(gè)g，任何大于g的微 塵粒子都會(huì)對(duì)掩模版造成損壞。,一個(gè)投影系統(tǒng)的分辨率可以表示為,是光源波長(zhǎng)，k1為與工藝有關(guān)的參數(shù)，DNA是數(shù)值孔徑。 DNA的定義為,N是影像介質(zhì)的折射率，是圓錐體光線聚于晶片上一點(diǎn)的半角度值。其 聚焦深度為,簡(jiǎn)單的成像系統(tǒng),由于有較高的光強(qiáng)度與穩(wěn)定度，高壓汞燈被廣泛用作曝光光源。,掩模版,用于IC制造的掩模版通常為縮小倍數(shù)的掩模版。掩模版的第一步為設(shè)計(jì)者用CAD系統(tǒng)完整地將版圖描繪出來(lái)。然后將CAD得到的數(shù)據(jù)信息傳送到電子束圖形曝光的圖形產(chǎn)生器。再將圖案直接轉(zhuǎn)移至對(duì)電子束敏感的掩

5、模版上。掩模版是由融凝硅土的基底覆蓋一層鉻膜組成。電路圖案先轉(zhuǎn)移至電子敏感層進(jìn)而轉(zhuǎn)移至底下的鉻膜層，掩模版便完成了。 一般而言，一組完整的IC工藝流程包含10-20道不同的掩模版。 標(biāo)準(zhǔn)尺寸的掩模版襯底由15 10cm2、0.6cm厚的融凝硅土制成。掩模版尺寸是為了滿足4:1與5:1的曝光機(jī)中透鏡透光區(qū)域的尺寸。厚度的要求是避免襯底扭曲而造成圖案位移的錯(cuò)誤。融凝硅土襯底則利用其熱膨脹系數(shù)低，對(duì)短波長(zhǎng)光的透射率高與高機(jī)械強(qiáng)度。,IC掩模版,缺陷密度是掩模版好壞的主要原因之一。掩模版缺陷可能在制造掩模版時(shí)或是接下來(lái)的圖形曝光工藝步驟中產(chǎn)生。即使是一個(gè)很小的掩模版缺陷密度都會(huì)對(duì)IC的成品率產(chǎn)生很大的

6、影響。成品率的定義是：每一晶片中正常的芯片數(shù)與中芯片數(shù)之比。若取一級(jí)近似，某一層掩模版與成品率Y之間的關(guān)系式為,D為每單位面積致命缺陷的平均數(shù)；A為IC芯片的面積。若D對(duì)所有的掩模版層 都是相同值（如N10層），則最后成品率為,10道掩模版的成品率，每道 掩模版中包含不同缺陷密度 所產(chǎn)生的影響,抗蝕劑,抗蝕劑是對(duì)光敏感的化合物，依其對(duì)光照的反應(yīng)分成正性和負(fù)性。 正性抗蝕劑：被曝光的區(qū)域?qū)⒆兊幂^易溶解，可以在顯影步驟時(shí)較容易被去除。所產(chǎn)生的圖案將會(huì)與掩模版上的圖案一樣。 負(fù)性抗蝕劑：被曝光區(qū)域的抗蝕劑將變得較難溶解，所產(chǎn)生的圖案與掩模版上的相反。 正性抗蝕劑包括：感光化合物、樹脂基材和有機(jī)溶劑；

7、曝光后，曝光區(qū)的感光化合物因吸光改變了本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)而可以溶解于顯影液中。 負(fù)性抗蝕劑包括：聚合物和感光化合物合成。曝光后，感光化合物吸收光變成化學(xué)能而引起聚合物鏈反應(yīng)，是聚合物分子發(fā)生交聯(lián)，變得難溶解于顯影液中。缺點(diǎn)：顯影中抗蝕劑吸收顯影液而膨脹，限制了分辨率。,曝光、顯影后殘存抗蝕劑的百分率與曝光能量有關(guān)。值得注意的是，即使未被曝光，少量抗蝕劑也會(huì)溶解。 當(dāng)曝光能量增加，抗蝕劑的溶解度也會(huì)增加，直到閾值能量ET時(shí)，抗蝕劑完全溶解。 正抗蝕劑的靈敏度定義為曝光區(qū)域抗蝕劑完全溶解時(shí)所需的能量。除ET外，另一稱為反差比（）參數(shù)也用來(lái)表征抗蝕劑。,值越大，即表示曝光能量增加時(shí)，抗蝕劑溶解度增加越快

8、，可得陡峭的圖形。,正性和負(fù)性抗蝕劑,三層抗蝕劑的工藝步驟,圖案轉(zhuǎn)移,相關(guān)的圖案轉(zhuǎn)移工藝還有剝離與浮脫技術(shù)。,1、旋涂抗蝕劑 2、曝光 3、顯影 4、淀積金屬膜 5、浸泡腐蝕液中,分辨率增加技術(shù),在IC工藝中，提供較佳的分辨率、較深的聚焦深度 與較廣的曝光寬容度一直是光學(xué)圖形曝光系統(tǒng)發(fā)展的挑戰(zhàn)。已經(jīng)可以用縮短光刻機(jī)的波長(zhǎng)與發(fā)展新的抗蝕劑來(lái)克服。另外，開發(fā)了新的技術(shù)，如相移掩模版。 傳統(tǒng)掩模版的透光區(qū)的電場(chǎng)是相同的，由于衍射與分辨率使得晶片上的電場(chǎng)分散開來(lái)。相鄰縫隙的衍射使得光被干涉而增強(qiáng)縫隙間的電場(chǎng)強(qiáng)度。因此兩個(gè)投影的像若太接近，就不容易分辨出來(lái)。 相移掩模版（PSM）是將相移層覆蓋于相鄰的縫

9、隙上，使得電場(chǎng)反相。 要反相，使用一透明層，厚度滿足：,光學(xué)鄰近修正（OPC）利用鄰近的次解析幾何圖案來(lái)修正圖像，因而改善成像能 力。,新一代圖形曝光技術(shù),高產(chǎn)率、好的分辨率、低成本且容易操作是曝光技術(shù)的基本要求。為了滿足深亞微米工藝，光學(xué)圖形曝光技術(shù)仍未解決。雖然可以利用PSM和OPC來(lái)延長(zhǎng)光學(xué)圖形曝光的使用期限，但是復(fù)雜的掩模版制作與檢查并不是容易解決的。另外，掩模版成本也很高。,電子束圖形曝光,電子束圖形曝光主要用于掩模版的制作，只有相當(dāng)少數(shù)裝置用于將電子束直接對(duì)抗蝕劑曝光而不需掩模版。 優(yōu)點(diǎn)：可以參數(shù)亞微米的幾何抗蝕劑圖案、高自動(dòng)化及高精度控制的操作、比光學(xué)圖形曝光有較大的聚焦深度與不

10、同掩模版可直接在半導(dǎo)體晶片上描繪圖案。 缺點(diǎn)：電子束光刻機(jī)產(chǎn)率低，在分辨率小于0.25um時(shí)，約為每小時(shí)10片晶片。這對(duì)生產(chǎn)掩模版、需求量小的定制電路或驗(yàn)證性電路是足夠了。而對(duì)不用掩模版的直寫形成圖案方式，設(shè)備必須盡可能提供產(chǎn)率，故要采用與器件最小尺寸相容的最大束徑。 聚焦電子束掃描主要分成兩種形式：順序掃描、向量掃描。,順序掃描（左）和矢量掃描,SCALPEL,利用電子束投影的圖形曝光技術(shù)，SCALPEL系統(tǒng)（散射角度限制的投影電子束圖形曝光），此技術(shù)集電子束圖形曝光特有的高分辨率和工藝寬容度（聚焦深度20-30um，傳統(tǒng)為1um）以及高產(chǎn)率。,圖12.15,SCALPELwriting s

11、trategy,電子束抗蝕劑,電子束抗蝕劑是一種聚合物，其性質(zhì)與一般光學(xué)用抗蝕劑類似。換言之，通過(guò)光照造成抗蝕劑產(chǎn)生化學(xué)或物理變化，這種變化可使抗蝕劑產(chǎn)生圖案。,鄰近效應(yīng),在光學(xué)圖形曝光中，分辨率的好壞是由衍射來(lái)決定的。在電子束圖形曝光中，分辨率好壞是由電子散射決定的。當(dāng)電子穿過(guò)抗蝕劑與下層的基材時(shí)，這些電子將經(jīng)歷碰撞而造成能量損失與路徑的改變。因此入射電子在行進(jìn)中會(huì)散開，直到能量完全損失或是因背散射而離開為止。,100個(gè)能量為20keV的電子 在PMMA中的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬,在抗蝕劑與襯底界面間，正向散射 與背散射的劑量分布,極遠(yuǎn)紫外光圖形曝光（EUV）,EUV技術(shù)極有肯成為下一代圖形曝光系統(tǒng)技

12、術(shù)?？蓪⑵毓獠ㄩL(zhǎng)延伸到30 nm而不會(huì)降低產(chǎn)率。,因?yàn)镋UV光束很窄，必須利用光束掃描方式將描述電路圖案的掩模版層完全掃描。 EUV已經(jīng)證實(shí)可利用波長(zhǎng)為13nm的光源，在PMMA抗蝕劑上制作出50 nm的圖案。 挑戰(zhàn)：所以的材料對(duì)EUV光都有強(qiáng)的吸收能力，所以曝光過(guò)程必須在真空下進(jìn)行。照相機(jī)必須使用反射透鏡器件，而且必須覆蓋多層的覆蓋層才可以參數(shù)1/4波長(zhǎng)的布喇格反射分布。掩模版空片必須覆蓋多層膜，以便在波長(zhǎng)為10-14nm得到最大的反射率。,X射線圖形曝光（XRL）,XRL圖形曝光極有潛力繼承光學(xué)圖形曝光來(lái)制作100nm的集成電路。當(dāng)利用同步輻射光儲(chǔ)存環(huán)進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)，一般選擇X射線源。它提

13、供一個(gè)大的聚光通量，且可輕易容納10-20臺(tái)光刻機(jī)。 XRL是利用類似光學(xué)遮蔽接近式曝光的一種遮蔽式曝光。 掩模版為XRL系統(tǒng)中最困難且關(guān)鍵的部分，而且X射線掩模版的制作比光學(xué)掩模版來(lái)得復(fù)雜。為了避免X射線在光源與掩模版間被吸收，通常曝光都在氦的環(huán)境下完成。 可以利用電子束抗蝕劑來(lái)作為X射線抗蝕劑，因?yàn)楫?dāng)X射線被原子吸收，原子會(huì)進(jìn)入激發(fā)態(tài)而射出電子。激發(fā)態(tài)原子回到基態(tài)時(shí)，會(huì)釋放出X射線，此X射線被原子吸收，故此過(guò)程一直持續(xù)進(jìn)行。所有這些過(guò)程都會(huì)造成電子射出，所以抗蝕劑在X射線照射下，就相當(dāng)于被大量的二次電子照射。,X射線圖形曝光的幾何效應(yīng),離子束圖形曝光,離子束圖形曝光比光學(xué)、X射線與電子束圖

14、形曝光技術(shù)有更高的分辨率，因?yàn)殡x子有較高的質(zhì)量而且比電子有較小的散射。最主要的應(yīng)用為修補(bǔ)光學(xué)圖形曝光用的掩模版。下圖為60keV的50個(gè)氫離子注入PMMA及不同襯底中的電腦模擬軌跡。,不同圖形曝光方法的比較,先前討論的圖形曝光方法，都有100nm的或更好分辨率。每種都有其限制：光學(xué)法的衍射現(xiàn)象、電子束的鄰近效應(yīng)、X射線的掩模版制作復(fù)雜、EUV的掩模版空片的制作困難、離子束的隨機(jī)空間電荷效應(yīng)。 對(duì)于IC的制造，多層掩模版是必需的，然而，所有的掩模版層并不需要都用相同的圖形曝光方法。采用混合與配合的方法，可利用每一種圖形曝光工藝的優(yōu)點(diǎn)來(lái)改善分辨率與提供產(chǎn)率。 根據(jù)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)的設(shè)想，IC制作技術(shù)

15、將在2010年時(shí)會(huì)達(dá)到50nm。對(duì)于每一代新技術(shù)，由于要求更小的特征尺寸與更嚴(yán)格的套準(zhǔn)容差，圖形曝光技術(shù)更成為推動(dòng)半導(dǎo)體工業(yè)的關(guān)鍵性技術(shù)。,各種圖形曝光技術(shù)的比較如下,各種曝光系統(tǒng)的分辨率與硅片產(chǎn)率的關(guān)系,濕法化學(xué)腐蝕（WCE）,WCE在半導(dǎo)體工藝中廣泛使用，從半導(dǎo)體晶片被切割開始，WCE就用在研磨與拋光上，以獲得平整與無(wú)損傷的表面。熱氧化與外延前，化學(xué)清洗去除污染。尤其適合將多晶硅、氧化物、氮化物、金屬與III-V族化合物等作整片的腐蝕。 WCE包括三種主要步驟： 1、反應(yīng)物通過(guò)擴(kuò)散方式到達(dá)反應(yīng)表面； 2、化學(xué)反應(yīng)在表面發(fā)生； 3、反應(yīng)生成物通過(guò)擴(kuò)散離開表面。 攪動(dòng)、腐蝕液的溫度都會(huì)影響腐蝕

16、速率。IC工藝中，大多數(shù)WCE是將晶片浸入化學(xué)溶液中，或是噴射腐蝕液在晶片表面。,腐蝕速率均勻度可用腐蝕速率的百分比均勻度來(lái)表示：,WCE的基本機(jī)制,硅的腐蝕,對(duì)半導(dǎo)體而言，WCE通常是先將表面氧化，然后再將氧化層以化學(xué)反應(yīng)加以溶解。對(duì)硅而言，常見的腐蝕劑為硝酸（HNO3）和氫氟酸（HF）,水可以作為上述腐蝕劑的稀釋劑，然而醋酸比水要好，它可減緩硝酸的溶解。,一些腐蝕劑溶解某些單晶硅晶面的速率比其他晶面快，造成各向異性的腐蝕。原因在晶面的化學(xué)鍵密度不同。在硅的各向異性腐蝕時(shí)，使用KOH和異丙醇酒精的混合液。,利用二氧化硅當(dāng)掩蔽層，對(duì)晶向的硅做各向異性腐蝕，會(huì)產(chǎn)生清晰V型溝槽，溝槽的邊緣為(11

17、1)晶面，鍥與(100)的表面有54.7夾角。,如果打開的圖案窗足夠大或是腐蝕時(shí)間足夠短，則會(huì)形成一個(gè)U型的溝槽，底部面積的寬度為：,或,如果使用的是 晶向的硅，實(shí)際上會(huì)在溝槽的邊緣得到兩個(gè)垂直的面，這兩個(gè)面為(111)的晶面。,二氧化硅的腐蝕,加入氟化銨（NH4F）是提供緩沖的HF溶液，又稱作緩沖氧化層腐蝕（BOE）。加入氟化銨可以控制酸堿度，并且可以補(bǔ)充氟離子的缺乏，可以維持穩(wěn)定的腐蝕效果。 二氧化硅也可以利用氣相的HF來(lái)腐蝕，在腐蝕亞微米的圖案方面深具潛力，因?yàn)楣に嚾菀卓刂啤?氮化硅與多晶硅的腐蝕,氮化硅可以在室溫下用高濃度的HF、緩沖HF或沸騰的磷酸溶液腐蝕。由于濃度為85%的磷酸溶液

18、在180時(shí)對(duì)二氧化硅的腐蝕非常慢，所以可利用它來(lái)作氮化硅相對(duì)二氧化硅的選擇性腐蝕。,腐蝕多晶硅與腐蝕單晶硅類似，然而多晶硅有較多的晶粒邊界，所以腐蝕速率比較快。未來(lái)確保柵極氧化層不被腐蝕，腐蝕溶液通常要加以調(diào)整。摻雜物的濃度和溫度可影響多晶硅的腐蝕速率。,鋁腐蝕,鋁和鋁合金的薄通常利用加熱的磷酸、硝酸、醋酸和去離子水來(lái)腐蝕。典型的腐蝕劑是含73%的磷酸、4%的硝酸、3.5%的醋酸以及19.5%的去離子水的溶液，溫度控制在30-80。,鋁的濕法腐蝕步驟如下： 1、硝酸先將鋁氧化為氧化鋁； 2、磷酸溶解氧化鋁； 鋁的腐蝕速率與腐蝕劑濃度、溫度、晶片的攪動(dòng)、鋁薄膜內(nèi)的雜質(zhì)或合金類型有關(guān)。,介質(zhì)與金屬

19、膜的濕法腐蝕通常是化學(xué)液把整塊材料溶解，然后轉(zhuǎn)變層可溶的鹽類或復(fù)合物。通常薄膜比塊狀材料的腐蝕速率更快。此外，微結(jié)構(gòu)差、內(nèi)建應(yīng)力、變更化學(xué)組成比或光照等，都將使薄膜的腐蝕速率變快。,表12.2,砷化鎵的腐蝕,多種砷化鎵的腐蝕已經(jīng)被廣泛研究，然而只有少數(shù)幾種方法是各向同性的腐蝕。這是由于鎵晶面與砷晶面的表面活性迥異。大多數(shù)的腐蝕劑對(duì)砷形成拋光的表面，然而對(duì)鎵的表面通常會(huì)傾向產(chǎn)生晶格缺陷且腐蝕速率較慢。,干法刻蝕,在圖案轉(zhuǎn)移的操作過(guò)程中，由圖形曝光工藝所形成的抗蝕劑圖案，用來(lái)當(dāng)作刻蝕下層材料的掩蔽層圖a。下層材料多為非晶或多晶系的薄膜。當(dāng)也用WCE時(shí)，由于各向同性（垂直與水平方向）產(chǎn)生不需的側(cè)向鉆

20、蝕圖b。定義各向異性比值：,Rl與Rv分別為水平和垂直方向的腐蝕速率，對(duì)各向同性而言，R1Rv，Af0. WCE的缺點(diǎn)：橫向鉆蝕，使得圖案的分辨率降低。實(shí)際上，各向同性腐蝕薄膜 的厚度應(yīng)該是預(yù)期分辨率的三分之一或是更小，若分辨率小于薄膜的厚度，就 必須使用各向異性腐蝕。 在ULSI中，未了從抗蝕劑圖案上得到高準(zhǔn)確度的圖案轉(zhuǎn)移，發(fā)展了干法刻蝕。,干法刻蝕,基本等離子體理論,等離子休由完全電離或部分電離的氣體離子、電子及中子組成。當(dāng)足夠強(qiáng)的電場(chǎng)加于氣體使氣休擊擊穿并電離時(shí)，就產(chǎn)生等離子體。等離子體由自由電子觸發(fā)，這些自由電于是加負(fù)偏壓的電極的場(chǎng)發(fā)射或由其它方法產(chǎn)生的。自由電子從電場(chǎng)獲得動(dòng)能，并在氣

21、體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與氣體分子碰撞而損失能量，這些能量使氣體分子電離，即產(chǎn)生自由電子，這些自由電子又從電場(chǎng)中獲得動(dòng)能，使上述過(guò)程不斷繼續(xù)下去。因此當(dāng)外電壓大于擊穿電壓后，就在整個(gè)反應(yīng)腔內(nèi)形成持續(xù)的等離子體。 用于干法刻蝕的等離子體內(nèi)的電子濃度比較低，一般為10cm-3至1012cm-3數(shù)量級(jí)，在1Torr壓強(qiáng)下，氣體分子濃度比電子濃度大104至I07倍，氣體的平均溫度在50-100記之間，因此，等離子輔助干法刻蝕是一種低溫工藝過(guò)程。,刻蝕機(jī)制、等離子體探測(cè)與終點(diǎn)的控制,等離子體刻蝕是利用基態(tài)或中性激發(fā)態(tài)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，將固態(tài)薄膜去除。等離子體刻蝕通常被氣體放電所形成的帶能量離子所增強(qiáng)或引發(fā)。,刻蝕

22、機(jī)制,刻蝕工藝包括5個(gè)步驟： 1、刻蝕過(guò)程開始與等離子體刻蝕反應(yīng)物的產(chǎn)生； 2、反應(yīng)物通過(guò)擴(kuò)散的方式穿過(guò)滯留氣體層到達(dá)表面； 3、反應(yīng)物被表面吸收； 4、通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性化合物； 5、化合物離開表面回到等離子體氣流中，接著被抽氣泵抽出。 基本刻蝕方式為： 物理方式：濺射刻蝕，正離子高速轟擊表面； 化學(xué)方式：等離子體產(chǎn)生的中性反應(yīng)物與物質(zhì)表面相互作用產(chǎn)生揮發(fā)性產(chǎn)物。 化學(xué)方式有高腐蝕速率、高的選擇比與低的離子轟擊導(dǎo)致的缺陷，但有各向同性的刻蝕輪廓。物理方式可以產(chǎn)生各向同性的輪廓，但伴隨低的選擇比與高的離子轟擊導(dǎo)致的缺陷。將二者結(jié)合，如反應(yīng)離子刻蝕（RIE）。,等離子體探測(cè),大多數(shù)的等離子體

23、工藝中發(fā)出的射線范圍在紅外光到紫外光之間，一個(gè)簡(jiǎn)單的縫隙方法是利用光學(xué)發(fā)射光譜儀（OES）來(lái)測(cè)量這些發(fā)射光譜的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系。利用觀測(cè)到的光譜波峰與已知的發(fā)射光譜比較，通過(guò)可以決定出中性或離子物質(zhì)的存在。物質(zhì)相對(duì)的密度，也可以通過(guò)觀察等離子體參數(shù)改變時(shí)光強(qiáng)度的改變而得到。這些由主要刻蝕劑或副產(chǎn)物所引起的發(fā)射信號(hào)在刻蝕終點(diǎn)開始上升或下降。,終點(diǎn)控制,干法刻蝕與濕法刻蝕的不同在于干法刻蝕對(duì)下層材料無(wú)法呈現(xiàn)足夠的選擇比。因此，必須配備一個(gè)用來(lái)探測(cè)刻蝕工藝結(jié)束點(diǎn)的監(jiān)視器，即終點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)。激光干涉度量法用來(lái)持續(xù)控制晶片表面的刻蝕速率與終止點(diǎn)。在刻蝕過(guò)程中，從晶片表面反射的激光會(huì)來(lái)回振蕩，這個(gè)振蕩的發(fā)生

24、是因?yàn)榭涛g層界面的上界面與下界面的反射光的相位干涉。因此這一層材料必須透光或半透光才能觀測(cè)到振蕩現(xiàn)象。振蕩周期與薄膜厚度的變化關(guān)系為：,反應(yīng)等離子體刻蝕技術(shù)與設(shè)備,一個(gè)反應(yīng)等離子體刻蝕反應(yīng)器包括一個(gè)真空腔、抽氣泵系統(tǒng)、電源供應(yīng)產(chǎn)生器、壓力探測(cè)器、流量控制器與終點(diǎn)探測(cè)器等。,反應(yīng)離子刻蝕（RIE）,RIE已被廣泛用于微電子工業(yè)，裝置圖如下所示。此刻蝕系統(tǒng)比傳統(tǒng)的“桶裝”刻蝕系統(tǒng)選擇比要低，是由于強(qiáng)烈的物理濺射的關(guān)系。然而，選擇比可以選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)刻蝕來(lái)改善。,平行板系統(tǒng),電子回旋共振（ECR）等離子體刻蝕機(jī),大多數(shù)的等離子體抗蝕機(jī)，除了三極RIE外，都無(wú)法提供獨(dú)立控制等離子體參數(shù)的能力。導(dǎo)致轟擊

25、損傷的嚴(yán)重問(wèn)題。ECR結(jié)合微波電源與靜電場(chǎng)來(lái)驅(qū)使電子沿磁場(chǎng)線作一定角頻率的回旋。當(dāng)此頻率等于外加微波頻率時(shí)，電子能量與外加磁場(chǎng)產(chǎn)生共振耦合，造成大量的分解與電離。,其他高密度等離子體刻蝕機(jī),由于ULSI的線寬持續(xù)縮小，逼近傳統(tǒng)的RIE系統(tǒng)極限，除了ECR系統(tǒng)外，其他形式的高密度等離子體源（HDP），如電感耦合等離子體源（ICP）、變壓器耦合等離子體源（TCP）、表面波耦合等離子體源（SWP）也已開始發(fā)展。這些設(shè)備擁有高等離子體密度與低工藝壓強(qiáng)。 另外，HDP等離子體源對(duì)襯底的損傷較?。ㄒ?yàn)橐r底有獨(dú)立的偏壓源與側(cè)電極電勢(shì)），并有高的的各向異性（因?yàn)樵诘蛪合鹿ぷ鞯懈呋钚缘牡入x子體密度）。 然而，

26、由于其復(fù)雜且成本較高，這些系統(tǒng)可能不會(huì)使用于非關(guān)鍵性的工藝，如側(cè)壁間隔與平坦化工藝。,集成等離子體工藝,半導(dǎo)體晶片都是在潔凈室里加工制作，以減少大氣中的塵埃污染。當(dāng)器件尺寸縮小，塵埃的污染成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。為了減少塵粒的污染，集成等離子體設(shè)備利用晶片操作機(jī)將晶片置于高真空環(huán)境中從一個(gè)反應(yīng)腔移到另一個(gè)反應(yīng)腔。同時(shí)可以增加產(chǎn)率。,反應(yīng)等離子體刻蝕的應(yīng)用,等離子體刻蝕系統(tǒng)已由應(yīng)用于簡(jiǎn)單、整批的抗蝕劑剝蝕快速發(fā)展到大的單片晶片加工。下表列舉了不同刻蝕工藝所用到的一些化學(xué)劑。,硅溝槽刻蝕,當(dāng)器件尺寸縮小時(shí)，晶片表面用作隔離DRAM儲(chǔ)存單元的儲(chǔ)存電容與電路器件間的區(qū)域也會(huì)相對(duì)減少。這些表面隔離區(qū)域可以利

27、用硅晶片的深溝槽刻蝕，再填入適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)或?qū)w物質(zhì)來(lái)減少其所占的面積。深溝槽深度通常超過(guò)5um，主要是用于形成存儲(chǔ)電容，淺的溝槽其深度通常不會(huì)超過(guò)1um，一般用于器件間的隔離。 氯基或溴基的化學(xué)劑對(duì)硅有高刻蝕速率，且對(duì)以二氧化硅為掩蔽層的硅刻蝕有高選擇比。HBr+NF3+SF6+O2混合氣可用于形成深度約7um的溝槽電容，此氣體也用于淺溝槽的刻蝕。亞微米的深硅溝槽刻蝕時(shí)，?？捎^測(cè)到與高寬比有管的刻蝕，這是因深窄溝槽中的離子與中性原子的輸運(yùn)會(huì)受到限制。,圖為硅溝槽平均刻蝕速率與高寬比的關(guān)系,多晶硅與多晶硅化物柵極刻蝕,多晶硅與多晶硅化物（即多晶硅上覆蓋有低電阻金屬硅化物）常用作MOS器件的柵極材料。各向異性刻蝕及對(duì)柵極氧化層的高選擇比是柵極刻蝕時(shí)最重要的需求。 例如，對(duì)1G DRAM而言，其選擇比需超過(guò)150（即多晶硅化物與柵極氧化層的刻蝕速率比為150:1）。 另外，為符合各向異性刻蝕與高選擇比的要求，等離子體技術(shù)的趨勢(shì)是利用一相對(duì)低的功率產(chǎn)生低壓與高密度的等離子體。 大多數(shù)氯基與溴基化合物可用于柵極刻蝕而得到所需的各向異性與選擇比。,介質(zhì)刻蝕,定義介質(zhì)層（尤其是二氧化硅與氮化硅）的圖案是先進(jìn)半導(dǎo)體制造技術(shù)中的關(guān)鍵工藝。因?yàn)榫哂休^高的鍵結(jié)合能量，介質(zhì)的刻蝕必須利用氟