收稿日期:2010-11-03.
材料、结构及工艺
CCD 多晶硅刻蚀技术研究
向鹏飞,袁安波,杨修伟,高建威
(重庆光电技术研究所,重庆400060)
摘 要: CCD 晶硅刻蚀相比于传统CM OS 工艺的多晶硅刻蚀需要多晶硅对氮化硅更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间。采用Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2,Cl 2+H e+O 2+H Br 三种工艺气体组分在Lam4420机台进行了多晶硅刻蚀实验,研究了不同气体配比、不同射频功率对刻蚀速率、选择比、条宽、侧壁形貌等参数的影响。通过优化工艺参数,比较刻蚀结果,最终获得了适合于CCD 多层多晶硅刻蚀的工艺条件。
关键词: 多晶硅;刻蚀;选择比;CCD
中图分类号:TN386.5 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2010)06-0885-03
Study on Technology of Poly Etch in C CD
XIANG Pengfei,YUAN Anbo,YANG Xiuw ei,GAO Jianw ei
(C hongqing Optoelectronics Research Institute,C hongqing 400060,CHN)
Abstract: Relative to nor mal CM OS po ly etch process,the techno logy of poly etch in CCD need higher selectiv ity betw een poly and SiN,and mo re over etch tim e.Po ly etch on Lam 4420machine w as perform ed w ith Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2and Cl 2+H e+O 2+H Br as etching gases.The relationship betw een different etching gases,RF pow er and the four par am eters of etch rate,selectivity ,profile and CD bias w as researched.By o ptimizing the ratio of different gases and com paring the different etching results,the optimized etching process for CCD w as obtained.
Key words: poly;etch;selectiv ity;CCD
0 引言
CCD 和标准的CM OS 器件一样,都是用多晶硅作为器件的栅极,多晶硅栅的刻蚀是整个CCD 制作中的关键工艺,器件成品率和器件性能都与多晶硅栅的刻蚀工艺有直接的关系。目前多晶硅刻蚀在CM OS 工艺中是很成熟的工艺技术,但CCD 的多晶硅栅刻蚀与CMOS 器件的多晶硅刻蚀相比有较大的不同。因为CCD 多晶硅栅极下的介质层是氮化硅,而且需要3~4次多晶硅栅刻蚀布线以形成交叠,相比于CM OS 工艺中的多晶硅刻蚀需要更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间,才能满足CCD 多晶硅栅极刻蚀的要求。本文针对CCD 多晶硅刻蚀在刻蚀选择比、刻蚀形貌、条宽控制等几个方面进行
了研究,找到了满足CCD 多层多晶硅栅布线的多晶硅刻蚀条件。
1 多晶硅刻蚀原理
反应离子刻蚀多晶硅的反应气体是Cl 2,H Br
等气体,反应离子刻蚀主要有化学刻蚀和物理刻蚀两方面的作用。
(1)化学刻蚀(反应刻蚀)。反应气体(Cl 2,H Br)在高频电场中被电离,产生离子、电子、激发原子、游离原子(亦称游离基)等,具有很强的化学活性,可以与处于等离子体中的物质发生如下化学反应[1]:Si+4Cl SiCl 4 ,Si+4Br SiBr 4 。
(2)物理刻蚀(溅射刻蚀)。由于反应离子在电场中获得能量,并且定向移动到硅片表面,形成对硅片物理轰击作用,使原子或分子得到足够的动能离
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开表面,与反应气体反应,提高了反应速度。
多晶硅刻蚀后的主要反应生成物为气态,直接被真空系统抽走,在刻蚀过程中Cl,Br 与多晶硅及光刻胶反应,产生聚合物,并沉积于多晶硅条侧壁上,保护侧壁不受反应气体的刻蚀,有效地保证了刻蚀后的多晶硅线条宽度[2]。
2 实验结果与分析
本实验所用刻蚀机为美国Lam 公司Lam4420机台。本实验采用Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2,Cl 2+H e+O 2+H Br 三种工艺气体组分刻蚀多晶硅,并改变气体流量比、RF 功率等参数,在多晶硅刻蚀速率、对氮化硅的刻蚀选择比、多晶硅条侧壁形貌和刻蚀前后线宽损失等四个方面进行工艺优化。2.1 刻蚀速率及选择比与射频功率的关系
实验采用Cl 2+H e 作为刻蚀气体,实验中保持Cl 2和H e 的流量不变,分别为80和160cm 3
。改变RF 功率,得出多晶硅刻蚀速率、氮化硅刻蚀速率和多晶硅对氮化硅的选择比与RF 功率之间的关系曲线,如图1
所示。
图1 多晶硅刻蚀速率、氮化硅刻蚀速率及多晶硅对氮化硅
的选择比与RF 功率之间的关系
从上图可以看出,随着RF 功率的增加,多晶硅和氮化硅刻蚀速率都相应增大,但多晶硅对氮化硅的刻蚀选择比却逐渐减小。本实验系统的刻蚀方式为常用的反应离子刻蚀:它是利用射频放电使化学反应性气体(Cl 2)产生具有化学活性的基团和离子,由于电子和离子的质量不同使得质量较轻的电子能够响应射频电场的变化而离子却不能,正是这种差异在电极上产生负偏压,经过负偏压电场加速的高能离子轰击被刻蚀材料,其作用有二:一是将待蚀刻物质表面的原子键结破坏,以加速蚀刻速率;二是将
再沉积于待蚀刻物质表面的产物或聚合物(Poly mer)打掉,以便待蚀刻物质表面能再与反应蚀刻气体接触,这也进一步加速了活性刻蚀反应基团与被刻蚀材料的反应速率[3]。RF 功率增加,射频放电形成的等离子体密度增大,参与反应的离子数增加,使得多晶硅和氮化硅的刻蚀速率都变快。RF 功率增加同时也导致电极上的负偏压增大,使得具有方向性的离子轰击作用增强,而离子轰击的物理作用明显,对刻蚀材料并不具有选择性,导致多晶硅对氮化硅的刻蚀速率选择比降低。2.2 刻蚀速率及选择比与气体组分的关系
实验中保持RF 功率(125W)不变,Cl 2和H e 气的流量不变,分别为80和160cm 3。加入不同流量的O 2和H Br 气体形成不同的气体组分,得出多晶硅刻蚀速率、氮化硅刻蚀速率以及多晶硅对氮化
硅的选择比与不同气体配比之间的关系曲线。
图2 多晶硅刻蚀速率和氮化硅刻蚀速率及刻蚀选择比与
O 2,HBr 流量之间的关系
从上图可以看出,随着O 2流量增加,多晶硅刻蚀速率明显增大,多晶硅对氮化硅的刻蚀选择比也
逐渐增大;而加入H Br 气体后,多晶硅刻蚀速率明显下降,H Br 气体流量增大后,多晶硅刻蚀速率再
次上升,对氮化硅的选择比最高达到232 1。多晶硅与Cl 2反应主要生成物是SiCl x ,加入少量O 2后,它易与SiCl x 结合形成SiO x Cl y [4-6],使得Cl 离子浓度比无O 2时高,从而导致刻蚀速率增加;加入O 2后,在射频放电的等离子体氛围中O 2和氮化硅反应在氮化硅表面形成SiO x N y 的化合物,阻挡氮化硅的继续刻蚀,使得多晶硅对氮化硅的刻蚀选择比增大。反应气体中加入H Br 后,与多晶硅反应会形成固态的SiBr x 生成物[7],不易被真空系统抽走,沉积在硅片表面,阻挡刻蚀导致多晶硅刻蚀速率下
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降,而当H Br 气体流量增加后,被离化的Br 增多,它与多晶硅的反应再次提高了多晶硅刻蚀速率。2.3 线宽控制及侧壁角度与气体组分的关系
实验中保持RF 功率(150W)不变,刻蚀时间不变,Cl 2、H e 和O 2的流量不变,分别为80、160和6cm 3;改变H Br 流量,得出刻蚀前后多晶硅条线宽损失及刻蚀后多晶硅线条侧壁角度与不同H Br 气体流量之间的关系列表,如表1。上面4种H Br 气体流量的实验条件刻蚀多晶硅并去胶后用扫描电镜分析了多晶硅线条的侧壁形貌,如图3。
表1
HBr 气体流量与多晶硅线宽损失及侧壁角度对应关系
HBr 流量/cm 30102030刻蚀前后多晶硅条线宽损失/ m 1.120.680.260刻蚀后多晶硅线条侧壁角度/( )
129
113
103
94
图3 不同HBr 流量刻蚀后的多晶硅条剖面形貌
从上面表格统计数据和SEM 图片可以看出:不加H Br 时,多晶硅线条刻蚀后条宽损失超过1 m(刻蚀前条宽为4 m ),线条侧壁呈明显的斜坡,
侧壁角度接近130 ;随着H Br 气体流量的增大,刻蚀后的多晶硅线宽损失逐渐减小,当H Br 流量为30cm 3
时,多晶硅刻蚀前后条宽一致,刻蚀后的多晶硅线条侧壁基本成垂直的90 。Cl 与多晶硅的反应各项同性较强,多晶硅线条的侧向刻蚀较为严重[8];氧气虽然能提高多晶硅对氮化硅的刻蚀选择比,但同时也能和生成的聚合物发生反应,从而使得聚合物对多晶硅侧壁的保护作用减弱,所以多晶硅在Cl 和O 2的气体组分刻蚀后线宽会变窄。加入H Br 后,与多晶硅反应生产固态的SiBr x ,其挥发性较弱,特别是在氧元素存在的气氛中可形成Si x O y Br z 的聚合体,这种聚合物挥发性很差,容易沉积在多晶硅线条侧壁,形成钝化保护层[9],有效的保证了多晶硅线条条宽在刻蚀前后基本一致。
3 结论
本文采用Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2,Cl 2+H e+O 2+H Br 三种工艺气体组分在Lam 4420机台上进行了多晶硅刻蚀实验,研究了不同气体配比、不同射频功率对多晶硅刻蚀速率、多晶硅对氮化硅刻蚀选择比、多晶硅条宽控制及侧壁形貌等参数的影响。通过优化工艺参数,比较刻蚀结果,最终获得了多晶硅对氮化硅刻蚀选择比232 1、多晶硅刻蚀前后线宽一致、刻蚀后多晶硅线条侧壁角度基本成垂直90 的优化工艺条件,满足CCD 多层多晶硅刻蚀的工艺需求。参考文献:
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作者简介:
向鹏飞(1981-),男,重庆人,硕士,工程师,主要从事CCD 工艺与器件研究工作。E -mail:x pf81@sina.co m
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刻蚀简介.txt遇事潇洒一点，看世糊涂一点。相亲是经销，恋爱叫直销，抛绣球招亲则为围标。没有准备请不要开始，没有能力请不要承诺。爱情这东西，没得到可能是缺憾，不表白就会有遗憾，可是如果自不量力，就只能抱憾了。本文由bshxl1贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 等离子刻蚀简介 自 1970 年代以来组件制造首先开始采用等离子刻蚀技术，对于等离子化学新的了解与认知也就蕴育而生。在现今的集成电路制造过程中，必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性，而由于等离子刻蚀是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成，因此等离子刻蚀便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。等离子刻蚀主要应用于集成电路制程中线路图案的定义，通常需搭配光刻胶的使用及微影技术，其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻：应用于定义主动区；2) 多晶硅化物/多晶硅(Polycide/Poly)刻蚀：应用于定义栅极宽度/长度；3) 多晶硅(Poly)刻蚀：应用于定义多晶硅电容及负载用之多晶硅；4) 间隙壁(Spacer)刻蚀：应用于定义 LDD 宽度；5) 接触窗(Contact) 及引线孔(Via)刻蚀：应用于定义接触窗及引线孔的尺寸大小；6) 钨回刻蚀(Etch Back)：应用于钨栓塞(W-Plug)的形成；7) 涂布玻璃(SOG)回刻蚀：应用于平坦化制程；8) 金属刻蚀：应用于定义金属线宽及线长；接脚(Bonding Pad)刻蚀等。 9) 影响等离子刻蚀特性好坏的因素包括了：1) 等离子刻蚀系统的型态；2) 等离子刻蚀的参数；3) 前制程相关参数，如光刻胶、待刻蚀薄膜的沉积参数条件、待刻蚀薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。何谓等离子体?基本上等离子体是由部份解离的气体及等量的带正、负电荷粒子所组成，其中所含的气体具高度的活性，它是利用外加电场的驱动而形成，并且会产生辉光放电(Glow Discharge) 现象。刻蚀用的等离子体中，气体的解离程度很低，通常在 10-5-10-1 之间，在一般的等离子体或活性离子反应器中气体的解离程度约为 10-5-10-4，若解离程度到达 10-3-10-1 则属于高密度等离子体。等离子体形成的原理：等离子体的产生可藉由直流(DC)偏压或交流射频(RF)偏压下的电场形成，如图 1-3 所示，而在等离子体中的电子来源通常有二：一为分子或原子解离后所产生的电子，另一则为离子撞击电极所产生的二次电子(Secondary Electron)，在直流(DC)电场下产生的等离子体其电子源主要以二次电子为主，而交流射频(RF)电场下产生的等离子体其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。在等离子刻蚀中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了：需要较高的功率消耗， 1) 也就是说产生的离子密度低； 2) 须要以离子撞击电极以产生二次电子，如此将会造成电极材料的损耗；3) 所需之电极材料必须为导体。如此一来将不适用于晶圆制程中。在射频放电(RF Discharge)状况下，由于高频操作，使得大部份的电子在半个周期内没有足够的时间移动至正电极，因此这些电子将会在电极间作振荡，并与气体分子产生碰撞。而射频放电所需的振荡频率下限将视电极间的间距、压力、射频电场振幅的大小及气体分子的解离位能等因素而定，而通常振荡频率下限为 50kHz。一般的射频系统所采用的操作频率大都为13.56MHz。相较于直流放电，射频放电具有下列优点：1) 放电的情况可一直持续下去而无需二次电子的发射，当晶圆本身即为电极的一部份时，这点对半导体材料制程就显得十分重要了；由于电子来回的振荡， 2) 因此离子化的机率大为提升，蚀刻速率可因而提升；3) 可在较低的电极电压下操作，以减低电浆对组件所导致之损坏；4) 对于介电质材料同样可以运作。现今所有的等离子体系统皆为射频系统。另外值得一提的是在射频系统中一个重要的参数是供给动力的电极面积与接地电极面积之比。等效电子及离子温度：存在于等离子体中的电场分别施力于带正电荷之离子与代负电荷之电子，F=E*q ，而加速度 a=F/M，由于离子质量远大于电子，因此电子所获得的加速度与速度将远大于离子，以致电子的动能远大于离子，电子与离子间处于一非平衡状态。从气体动力论中，得知 Ekinetic = (3/2) kT，由此可知，等效电子温度远大于等效离子温度，如此可视为“热”电子处于“冷”等
收稿日期:2010-11-03. 材料、结构及工艺 CCD 多晶硅刻蚀技术研究 向鹏飞,袁安波,杨修伟,高建威 (重庆光电技术研究所,重庆400060) 摘 要: CCD 晶硅刻蚀相比于传统CM OS 工艺的多晶硅刻蚀需要多晶硅对氮化硅更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间。采用Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2,Cl 2+H e+O 2+H Br 三种工艺气体组分在Lam4420机台进行了多晶硅刻蚀实验,研究了不同气体配比、不同射频功率对刻蚀速率、选择比、条宽、侧壁形貌等参数的影响。通过优化工艺参数,比较刻蚀结果,最终获得了适合于CCD 多层多晶硅刻蚀的工艺条件。 关键词: 多晶硅;刻蚀;选择比;CCD 中图分类号:TN386.5 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2010)06-0885-03 Study on Technology of Poly Etch in C CD XIANG Pengfei,YUAN Anbo,YANG Xiuw ei,GAO Jianw ei (C hongqing Optoelectronics Research Institute,C hongqing 400060,CHN) Abstract: Relative to nor mal CM OS po ly etch process,the techno logy of poly etch in CCD need higher selectiv ity betw een poly and SiN,and mo re over etch tim e.Po ly etch on Lam 4420machine w as perform ed w ith Cl 2+H e,Cl 2+H e+O 2and Cl 2+H e+O 2+H Br as etching gases.The relationship betw een different etching gases,RF pow er and the four par am eters of etch rate,selectivity ,profile and CD bias w as researched.By o ptimizing the ratio of different gases and com paring the different etching results,the optimized etching process for CCD w as obtained. Key words: poly;etch;selectiv ity;CCD 0 引言 CCD 和标准的CM OS 器件一样,都是用多晶硅作为器件的栅极,多晶硅栅的刻蚀是整个CCD 制作中的关键工艺,器件成品率和器件性能都与多晶硅栅的刻蚀工艺有直接的关系。目前多晶硅刻蚀在CM OS 工艺中是很成熟的工艺技术,但CCD 的多晶硅栅刻蚀与CMOS 器件的多晶硅刻蚀相比有较大的不同。因为CCD 多晶硅栅极下的介质层是氮化硅,而且需要3~4次多晶硅栅刻蚀布线以形成交叠,相比于CM OS 工艺中的多晶硅刻蚀需要更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间,才能满足CCD 多晶硅栅极刻蚀的要求。本文针对CCD 多晶硅刻蚀在刻蚀选择比、刻蚀形貌、条宽控制等几个方面进行 了研究,找到了满足CCD 多层多晶硅栅布线的多晶硅刻蚀条件。 1 多晶硅刻蚀原理 反应离子刻蚀多晶硅的反应气体是Cl 2,H Br 等气体,反应离子刻蚀主要有化学刻蚀和物理刻蚀两方面的作用。 (1)化学刻蚀(反应刻蚀)。反应气体(Cl 2,H Br)在高频电场中被电离,产生离子、电子、激发原子、游离原子(亦称游离基)等,具有很强的化学活性,可以与处于等离子体中的物质发生如下化学反应[1]:Si+4Cl SiCl 4 ,Si+4Br SiBr 4 。 (2)物理刻蚀(溅射刻蚀)。由于反应离子在电场中获得能量,并且定向移动到硅片表面,形成对硅片物理轰击作用,使原子或分子得到足够的动能离 885 半导体光电 2010年12月第31卷第6期向鹏飞等: CCD 多晶硅刻蚀技术研究
清洗机超音波清洗机是现代工厂工业零件表面清洗的新技术,目前已广泛应用于半导体硅 片的清洗。超声波清洗机“声音也可以清洗污垢”——超声波清洗机又名超声波清洗器，以其洁净的清洗效果给清洗界带来了一股强劲的清洗风暴。超声波清洗机（超声波清洗器）利用空化效应，短时间内将传统清洗方式难以洗到的狭缝、空隙、盲孔彻底清洗干净，超声波清洗机对清洗器件的养护，提高寿命起到了重要作用。CSQ 系列超声波清洗机采用内置式加热系统、温控系统，有效提高了清洗效率；设置时间控制装置，清洗方便；具有频率自动跟踪功能，清洗效果稳定；多种机型、结构设计，适应不同清洗要求。CSQ 系列超声波清洗机适用于珠宝首饰、眼镜、钟表零部件、汽车零部件，医疗设备、精密偶件、化纤行业（喷丝板过滤芯）等的清洗；对除油、除锈、除研磨膏、除焊渣、除蜡，涂装前、电镀前的清洗有传统清洗方式难以达到的效果。恒威公司生产CSQ 系列超声波清洗机具有以下特点：不锈钢加强结构，耐酸耐碱；特种胶工艺连接，运行安全；使用IGBT 模块，性能稳定；专业电源设计，性价比高。反渗透纯水机去离子水生产设备之一，通过反渗透原理来实现净水。 纯水机清洗半导体硅片用的去离子水生产设备，去离子水有毒，不可食用。 净化设备主要产品：水处理设备、灌装设备、空气净化设备、净化工程、反渗透、超滤、电渗析设备、EDI 装置、离子交换设备、机械过滤器、精密过滤器、UV 紫外线杀菌器、臭氧发生器、装配式洁净室、空气吹淋室、传递窗、工作台、高校送风口、空气自净室、亚高、高效过滤器等及各种配件。 风淋室：运用国外先进技术和进口电器控制系统, 组装成的一种使用新型的自动吹淋室.它广 泛用于微电子医院制药生化制品食品卫生精细化工精密机械和航空航天等生产和科研单位,用于吹除进入洁净室的人体和携带物品的表面附着的尘埃,同时风淋室也起气的作用 防止未净化的空气进入洁净区域,是进行人体净化和防止室外空气污染洁净的有效设备. 抛光机整个系统是由一个旋转的硅片夹持器、承载抛光垫的工作台和抛光浆料供给装置三大部分组成。化学机械抛光时，旋转的工件以一定的压力压在旋转的抛光垫上，而由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在工件与抛光垫之间流动，并产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨粒的机械作用去除，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密表面加工，人们称这种CMP 为游离磨料CMP 。 电解抛光电化学抛光是利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光和机械精抛光有机的结合在一起，发挥了电化学和机构两类抛光特长。它不受材料硬度和韧性的限制，可抛光各种复杂形状的工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源的阴极，被抛光的工件（如模具）接到电源的阳极。 光刻胶又称光致抗蚀剂，由感光树脂、增感剂（见光谱增感染料）和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图像（见图光致抗蚀剂成像制版过程）。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发 单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合
第20卷第6期 半 导 体 学 报 V o l.20,N o.6 1999年6月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S June,1999 多晶硅薄膜应力特性研究 张国炳 郝一龙 田大宇 刘诗美 王铁松 武国英 (北京大学微电子学研究所 北京 100871) 摘要 本文报道了低压化学气相淀积(L PCVD)制备的多晶硅薄膜内应力与制备条件、退火 ,用XRD、R ED等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成.结果表明,L PCVD制备的多晶硅薄膜具有本征压应力,其内应力受淀积条件、微结 构组成等因素的影响.采用快速退火(R TA)可以使其压应力松弛,减小其内应力,并可使其转 变成为本征张应力,以满足在微机电系统(M E M S)制备中的要求. PACC:6220,7360F,6860 1 引言 多晶硅薄膜由于其特有的导电特性和易于实现自对准工艺的优点,在大规模集成电路(VL S I)的制备中有着广泛的应用.对多晶硅薄膜的导电特性已进行了深入的研究[1].近年来,随着集成电路的发展,特别是微机电系统(M E M S)的兴起,多晶硅膜作为M E M S中的基本结构材料,其机械特性直接影响着器件的性能和稳定性、可靠性. 在M E M S应用中要求多晶硅膜本身具有较小的张应力且膜内有小的应力梯度,如果多晶硅膜内应力过大,会使M E M S结构层形变甚至断裂,造成器件失效.所以,控制制备工艺条件,使其具有较小的张应力,成为M E M S制造工艺中的一个很关键的问题[2,3].本文对L PCVD多晶硅薄膜的应力特性进行了实验研究,主要包括:制备工艺条件、退火温度和时间、掺杂浓度和微结构组成对其应力特性的影响.实验中采用薄膜全场应力测试系统测量薄膜的应力,用X光衍射(XRD)及反射电子衍射(R ED)等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成. 2 实验 2.1 实验样品制备 实验样品采用在N型(100)单晶硅衬底热生长300～500nm厚的Si O2膜;再用低压化学气相淀积生长多晶硅薄膜,工艺条件为:淀积温度分别为575℃和610℃,压力30Pa,硅烷 张国炳 男,1937年出生,教授,从事半导体器件物理及VL S I和M E M S中薄膜结构特性及应用研究 郝一龙 男,1963年出生,副研究员,从事VL S I多层互连技术及M E M S器件和制备工艺研究 1998202213收到,1998208225定稿
干法刻蚀之铝刻蚀 在集成电路的制造过程中，刻蚀就是利用化学或物理方法有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。 干法的各向异性刻蚀，可以用表面损伤和侧壁钝化两种机制来解释。表面损伤机制是指，与硅片平行的待刻蚀物质的图形底部，表面的原子键被破坏，扩散至此的自由基很容易与其发生反应，使得这个方向的刻蚀得以持续进行。与硅片垂直的图形侧壁则因为表面原子键完整，从而形态得到保护。侧壁钝化机制是指，刻蚀反应产生的非挥发性的副产物，光刻胶刻蚀产生的聚合物，以及侧壁表面的氧化物或氮化物会在待刻蚀物质表面形成钝化层。图形底部受到离子的轰击，钝化层会被击穿，露出里面的待刻蚀物质继续反应，而图形侧壁钝化层受到较少的离子轰击，阻止了这个方向刻蚀的进一步进行。 在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及以上的逻辑产品中。本文着重介绍金属铝的刻蚀工艺。
金属铝刻蚀通常用到以下气体：Cl2、BCl3、Ar、 N2、CHF3和C2H4等。Cl2作为主要的刻蚀气体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物AlCl3被气流带出反应腔。BCl3一方面提供BCl3＋，垂直轰击硅片表面，达到各向异性的刻蚀。另一方面，由于铝表面极易氧化成氧化铝，这层自生氧化铝在刻蚀的初期阻隔了Cl2和铝的接触，阻碍了刻蚀的进一步进行。添加BCl3 则利于将这层氧化层还原（如方程式1），促进刻蚀过程的继续进行。 Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl （1） Ar电离生成Ar＋，主要是对硅片表面提供物理性的垂直轰击。 N2、CHF3和C2H4是主要的钝化气体，N2与金属侧壁氮化产生的AlxNy，CHF3和C2H4与光刻胶反应生成的聚合物会沉积在金属侧壁，形成阻止进一步反应的钝化层。 一般来说，反应腔的工艺压力控制在6-14毫托。压力越高，在反应腔中的Cl2浓度越高，刻蚀速率越快。压力越低，分子和离子的碰撞越少，平均自由程增加，离子轰击图形底部的能力增强，这样刻蚀反应速率不会降低甚至于停止于图形的底部。
硅刻蚀技术简介 在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。 湿法刻蚀即利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。因为湿法刻蚀是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿法刻蚀过程为等向性。湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。 湿法刻蚀之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。 基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。 1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度。 干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。 刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。对于化学反应性刻蚀则是产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生挥发性的反应生成物（各向同性），并被真空设备抽离反应腔。 2、硅刻蚀工艺的要求
微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究 班级：微电子0901 学号：****** 姓名：*** 指导老师：**** 日期：2012.5.20
一、目的 研究MOSFET漏源极击穿特性，主要包括： 1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响 2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响 3.介绍源漏穿通穿通 二、工作原理 当V DS增大到漏源击穿电压BV DS的值时，反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿，或在漏区与源区之间发生穿通。这时I D将迅速上升，如图所示。 通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度，可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线 三、仿真过程 首先构建NMOS结构 源代码如下： go athena # 网格定义（创建非均匀网格） # Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um) line x loc=0.00 spac=0.10 line x loc=0.20 spac=0.01 line x loc=0.60 spac=0.01 # line y loc=0.00 spac=0.008 line y loc=0.2 spac=0.01 line y loc=0.5 spac=0.05 line y loc=0.8 spac=0.15 #初始衬底参数：浓度、晶向等（浓度1.0e14/cm2晶向100方向） # Initial Silicon Structure with <100> Orientation init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d # 栅极氧化及优化（使氧化层厚度约为100A） # Gate Oxidation diffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3 # 提取栅极厚度
多晶硅刻蚀特性的研究 随着硅珊MOS器件的出现，多晶硅渐渐成为先进器件材料的主力军。文章主要对多晶硅刻蚀的特性进行研究，希望能够给相关人士一定的借鉴。 标签：多晶硅；刻蚀；研究 1 硅和多晶硅刻蚀的介绍 硅栅（Poly Gate）的干法刻蚀： 随着晶体管尺寸的不断缩小对硅栅的刻蚀就越具有挑战性。因为受到光刻线宽的限制，为达到最后的CD线宽要求往往需要先对光阻进行缩小处理，然后进一步往下刻蚀。BARC打开后，再以光阻为阻挡层将TEOS打开。接着把剩余的光阻去除，再以TEOS作为阻挡层对硅栅进性刻蚀。为了保护栅极氧化层不被损伤，通常要把硅栅的刻蚀分成几个步骤：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀。主刻蚀通常有比较高的刻蚀率但对氧化硅的选择比较小。通过主刻蚀可基本决定硅栅的剖面轮廓和关键尺寸。着陆刻蚀通常对栅极氧化层有比较高的选择比以确保栅极氧化层不被损伤。一旦触及到栅极氧化层后就必须转成对氧化硅选择比更高的过刻蚀步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层。 Cl2，HBr，HCl是硅栅刻蚀的主要气体，Cl2和硅反应生成挥发性的SiCl4而HBr和硅反应生成的SiBr4同样具有挥发性。为了避免伤及栅极氧化层，任何带F基的气体如CF4，SF6，NF3都不能在过刻蚀的步骤中使用。 2 硅和多晶硅刻蚀的结构 我们介绍一个Logic刻蚀的程式，刻蚀多晶硅的结构包括PR，SION，Poly，Oxide。多晶硅的线宽要求非常小。如图1所示。 在MOS器件中，掺杂的LPCVD多晶硅是用做栅极的导电材料。掺杂多晶硅线宽决定了有源器件的栅长，并会影响晶体管的性能。因此，CD控制是很关键的。多晶硅栅的刻蚀工艺必须对下层栅氧化层有高的选择比并具有非常好的均匀性和可重复性。同时也要求高度的各向异性，因为多晶硅栅在源/漏的注入过程中起阻挡层的作用。倾斜的侧壁会引起多晶硅栅结构下面部分的掺杂。 刻蚀多晶硅（硅）通常是一个三步工艺过程。这使得在不同的刻蚀步骤中能对各向异性刻蚀和选择比进行优化。这三个步骤是： （1）第一步是预刻蚀，用于去除自然氧化层、硬的掩蔽层（如SiON）和表面污染物来获得均匀的刻蚀（这减少了刻蚀中作为微掩蔽层的污染物带来的表面缺陷）。
杭州电子科技大学研究生考试卷（B卷）
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1、什么是CMOS器件的闩锁效应描述三种阻止闩锁效应的制造技术。（12分） 答：闩锁效应就是指CMOS器件所固有的寄生双极晶体管（又称寄生可控硅，简称SCR）被触发导通，在电源和地之间形成低阻抗大电流的通路，导致器件无法正常工作，甚至烧毁器件的现象。这种寄生双极晶体管存在CMOS器件内的各个部分，包括输入端、输出端、内部反相器等。当外来干扰噪声使某个寄生晶体管被触发导通时，就可能诱发闩锁，这种外来干扰噪声常常是随机的，如电源的浪涌脉冲、静电放电、辐射等。闩锁效应往往发生在芯片中某一局部区域，有两种情况：一种是闩锁只发生在外围与输入、输出有关的地方，另一种是闩锁可能发生在芯片的任何地方，在使用中前一种情况遇到较多。? 2、为什么要用区熔法生长硅晶体比较FZ和CZ优缺点。（10分） 答：（1）原因：因为区熔法可以得到低至1011cm-1的载流子浓度。区熔生长技术的基本特点是样品的熔化部分是完全由固体部分支撑的，不需要坩埚。柱状的高纯多晶材料固定于卡盘，一个金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过柱状多晶，在金属线圈中通过高功率的射频电流，射频功率技法的电磁场将在多晶柱中引起涡流，产生焦耳热，通过调整线圈功率，可以使得多晶柱紧邻线圈的部分熔化，线圈移过后，熔料在结晶为为单晶。另一种使晶柱局部熔化的方法是使用聚焦电子束。整个区熔生长装置可置于真空系统中，或者有保护气氛的封闭腔室内 （2）CZ和FZ区别：CZ是直拉法，就是首先把多晶硅置于坩埚内加热熔化，然后采用小的结晶“种子”——籽晶，再慢慢向上提升、结晶，获得大的单晶锭。 （3）CZ和FZ优缺点比较：FZ是水平区域熔化生长法，就是水平放置、采用感应线圈加热、并进行晶体生长的技术。直拉法在Si单晶的制备中更为常用，占75％以上。直拉法制备Si单晶的优点是：1）成本低；2）能制备更大的圆片尺寸，6英寸（150mm）及以上的Si单晶制备均采用直拉法，目前直拉法已制备出400mm（16英寸）的商用Si单晶；3）制备过程中的剩余原材料可重复使用；4）直拉法制备的Si单晶位错密度低，0～104cm-2。直拉法制备Si单晶的主要缺点是，由于使用坩埚，Si单晶的纯度不如区熔法。区熔法制备Si单晶的主要优点是，由于不使用坩锅，可制备高纯度的硅单晶，电阻率高达2000Ω-mm，因此区熔法制备的Si单晶主要用于功率器件及电路。区熔法制备Si单晶的缺点是：1）成本高； 3、什么是LOCOS和STI为什么在高级IC工艺中，STI取代了LOCOS（12分） 答：（1）LOCOS：即“硅的局部氧化”技术（Local Oxidation of Silicon）CMOS工艺最常用的隔离技术就是LOCOS（硅的选择氧化）工艺，它以氮化硅为掩膜实现了硅的选择氧化，在这种工艺中，除了形成有源晶体管的区域以外，在其它所有重掺杂硅区上均生长一层厚的氧化层，称为隔离或场氧化层。-常规的LOCOS工艺由于有源区方向的场氧侵蚀（SiN边缘形成类似鸟嘴的结构，称为“鸟喙效应”bird beak)和场注入的横向扩散，使LOCOS工艺受到很大的限制。 STI：浅沟槽隔离(STI)是用于隔绝活动区域的制造方法，它会使实际电流不同于模拟结果。具体情
一、等离子体刻蚀技术的产生： 在积体电路制造过程中，常需要在晶圆上定义出极细微尺寸的图案，这些图案主要的形成方式，乃是藉由刻蚀技术，将微光刻后所产生的光阻图案忠实地转印至光阻下的材质上，以形成积体电路的复杂架构。因此蚀刻技术在半导体制造过程中占有极重要的地位。 广义而言，所谓的蚀刻技术，包含了将材质整面均匀移除及图案选择性部份去除的技术。而其中大略可分为湿式蚀刻与干式蚀刻两种技术。 早期半导体制程中所采用的蚀刻方式为湿式蚀刻，即利用特定的化学溶液将待蚀刻薄膜未被光阻覆盖的部分分解，并转成可溶于此溶液的化合物后加以排除，而达到蚀刻的目的。湿式蚀刻的进行主要是藉由溶液与待蚀刻材质间的化学反应，因此可藉由调配与选取适当的化学溶液，得到所需的蚀刻速率，以及待蚀刻材料与光阻及下层材质良好的蚀刻选择比（选择性）。 然而，随着积体电路中的元件尺寸越做越小，由于化学反应没有方向性，因而湿式蚀刻是各向同性的，此时，当蚀刻溶液做纵向蚀刻时，侧向的蚀刻将同时发生，进而造成咬边现象，导致图案线宽失真。因此湿式蚀刻在次微米元件的制程中已被干式蚀刻所取代。 干式蚀刻通常指利用辉光放电方式，产生包含离子，电子等带电粒子及具有高度化学活性的中性原子与分子及自由基的电浆来进行图案转印的蚀刻技术。 由部份解离的气体及等量的带正，负电荷粒子所组成的等离子体被称为电浆。蚀刻用的电浆中，气体的解离程度很低，其中所含的气体具高度的活性，它是利用外加电场的驱动而形成，并且会产生辉光放电现象。 自1970年代以来元件制造首先开始采用电浆蚀刻技术，对于电浆化学新的了解与认知也就蕴育而生。在现今的积体电路制造过程中，必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性，而由于电浆蚀刻是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成，因此电浆蚀刻便成为积体电路制造过程中的主要技术之一。 影响电浆蚀刻特性好坏的因素包括了：1）电浆蚀刻系统的型态，2）电浆蚀刻的参数; 3）前制程相关参数，如光阻，待蚀刻薄膜之沉积参数条件，待蚀刻薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。 二、电浆的基本概念： 1、电浆形成的原理： 电浆的产生可藉由直流（DC）的偏压或交流射频（RF）的偏压下的电场形成，而在电浆中的电子来源通常有二：一为分子或原子解离后所产生的电子，另一则为离子撞击电极所产生的二次电子，在直流（DC）的电场下产生的电浆其电子源主要以二次电子为主，而交流射频（RF）的电场下产生的电浆其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。 在电浆蚀刻中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了：1）需要较高的功率消耗，也就是说产生的离子密度低; 2）须要以离子撞击电极以产生二次电子，如此将会造成电极材料的损耗。三）所需之电极材料必须为导体如此一来将不适用于晶圆制程中。 在射频放电状况下，由于高频操作，使得大部份的电子在半个周期内没有足够的时间移动至正电极，因此这些电子将会在电极间作振荡，并与气体分子产生碰撞。而射频放电所需的振荡频率下限将视电极间的间距，压力，射频电场振幅的大小及气体分子的解离位能等因素而定，而通常振荡频率下限为50kHz的。一般的射频系统所采用的操作频率大都为13.56。 相较于直流放电，射频放电具有下列优点：1）放电的情况可一直持续下去而无需二次电子的发射，当晶圆本身即为电极的一部份时，这点对半导体材料制程就显得十分重要了; 2）由于电子来回的振荡，因此离子化的机率大为提升，蚀刻速率可因而提升; 3）可在较低的电极电压下操作，以减低电浆对元件所导致之损坏; 4）对于介电质材料同样可以运作。
多晶硅电池背表面刻蚀提升性能产线工艺研究 摘要：对比研究了产线上多晶硅太阳电池背表面刻蚀对其光电转换性能的影响。示范性实验结果表明：多晶硅太阳电池背表面刻蚀能够改善其短路电流，从而相应的光电转换效率提升了约0．1％。依据多晶硅太阳电池背表面刻蚀前后的扫描电镜（SEM）形貌、背表面漫反射光谱及完整电池片外量子效率的测试结果，改进的光电转换的原因可能源于背表面刻蚀“镜面”化有利于太阳光子在背表面内反射和改进印刷Al浆与背表面覆盖接触。背表面刻蚀与当前晶硅电池产线工艺兼容，能够提升电池片的光电转换效率，是一种可供选择的产线升级工艺。1 引言 如何提升产线晶硅太阳电池的光电转换效率是当前光伏产业中的一个重要研发课题。基于晶硅太阳电池的整个光电过程，可针对增加电池片对300～1100nm太阳光子的捕获和吸收、降低电池片前后表面复合及减少电池片串并联电阻的电学损失3方面考虑，进行器件结构设计和制备工艺研发，有效地改进电池片光电转换效率。其中，增加电池片对300～1100nm太阳光子的捕获和吸收，需要合理设计电池
片前表面光电结构。 当前工业生产主流晶硅太阳电池产品前表面印有图形 化栅线电极，它将遮挡太阳光子入射到电池片内部，造成反射损失。降低栅线宽度及提高栅线高度的二次印刷技术［1］、减小主栅宽度的多主栅技术［2］均能够有效地降低遮挡面积，减少其光遮挡。另外，未被遮挡的晶体硅在300～1100nm 光谱范围内折射率大，也将造成严重的光反射损失。通过表面织构［3～5］，可有效地降低晶硅表面光反射损失，特别是硅纳米结构［6～9］能够使获得超低光反射率。进一步在微纳织构上及在其表面制作减反射膜［10，11］，引入多次光反射和干涉效应，可进一步降低晶硅表面光反射损失。 另一方面，晶体硅的吸收系数［12，13］在300～1100nm 光谱范围有很大变化，短波太阳光子（300～450nm）和长波太阳光子（850～1100nm）的吸收系数相差数2～3量级，导致各种波长太阳光具有不同的吸收深度。结合晶体硅的吸收系数及工业生产主流晶硅太阳电池产品180μm的厚度，理论计算结果表明，长波太阳光子吸收不完全而入射到晶硅电池背表面，随后被背Al电极吸收损失或内反射回晶硅中再吸收利用。碱或酸制绒工艺中晶硅太阳电池的背表面也被织构化，导致入射到晶硅太阳电池背表面的长波太阳光子在晶硅／Al电极界面多次反射，多次撞击背Al电极而增加背Al 电极对长波光子的吸收，造成光损失。若将晶硅太阳电池背
集成电路芯片生产的清洗包括硅片的清洗和工器具的清洗。由于半导体生产污染要求非常严格，清洗工艺需要消耗大量的高纯水；且为进行特殊过滤和纯化广泛使用化学试剂和有机溶剂。 在硅片的加工工艺中，硅片先按各自的要求放入各种药液槽进行表面化学处理，再送入清洗槽，将其表面粘附的药液清洗干净后进入下一道工序。常用的清洗方式是将硅片沉浸在液体槽内或使用液体喷雾清洗，同时为有更好的清洗效果，通常使用超声波激励和擦片措施，一般在有机溶剂清洗后立即采用无机酸将其氧化去除，最后用超纯水进行清洗，如图1－6所示。 图1－6硅片清洗工艺示意图 工具的清洗基本采用硅片清洗同样的方法。 2、热氧化 热氧化是在800~1250℃高温的氧气氛围和惰性携带气体（N2）下使硅片表面的硅氧化生成二氧化硅膜的过程，产生的二氧化硅用以作为扩散、离子注入的阻挡层，或介质隔离层。典型的热氧化化学反应为： Si + O2→SiO2
扩散是在硅表面掺入纯杂质原子的过程。通常是使用乙硼烷（B 2H 6）作为N －源和磷烷（PH 3）作为P +源。工艺生产过程中通常分为沉积源和驱赶两步，典型的化学反应为： 2PH 3 → 2P + 3H 2 4、离子注入 离子注入也是一种给硅片掺杂的过程。它的基本原理是把掺杂物质（原子）离子化后，在数千到数百万伏特电压的电场下得到加速，以较高的能量注入到硅片表面或其它薄膜中。经高温退火后，注入离子活化，起施主或受主的作用。 5、光刻 光刻包括涂胶、曝光、显影等过程。涂胶是通过硅片高速旋转在硅片表面均匀涂上光刻胶的过程；曝光是使用光刻机，并透过光掩膜版对涂胶的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外，部分光刻胶得不到光照，从而改变光刻胶性质；显影是对曝光后的光刻胶进行去除，由于光照后的光刻胶和未被光照的光刻胶将分别溶于显影液和不溶于显影液，这样就使光刻胶上形成了沟槽。 6、湿法腐蚀和等离子刻蚀 通过光刻显影后，光刻胶下面的材料要被选择性地去除，使用的基片 涂胶后基片 光刻胶 阻挡层
简介 在积体电路制造过程中，常需要在晶圆上定义出极细微尺寸的图案（图案），这些图案主要的形成方式，乃是藉由蚀刻（蚀刻）技术，将微影（微光刻）后所产生的光阻图案忠实地转印至光阻下的材质上，以形成积体电路的复杂架构。因此蚀刻技术在半导体制造过程中占有极重要的地位。 广义而言，所谓的蚀刻技术，包含了将材质整面均匀移除及图案选择性部份去除的技术。而其中大略可分为湿式蚀刻（湿蚀刻）与干式蚀刻（干式蚀刻）两种技术。 早期半导体制程中所采用的蚀刻方式为湿式蚀刻，即利用特定的化学溶液将待蚀刻薄膜未被光阻覆盖的部分分解，并转成可溶于此溶液的化合物后加以排除，而达到蚀刻的目的。湿式蚀刻的进行主要是藉由溶液与待蚀刻材质间的化学反应，因此可藉由调配与选取适当的化学溶液，得到所需的蚀刻速率（蚀刻率），以及待蚀刻材料与光阻及下层材质良好的蚀刻选择比（选择性）。 然而，随着积体电路中的元件尺寸越做越小，由于化学反应没有方向性，因而湿式蚀刻是等向性（各向同性）的，此时，当蚀刻溶液做纵向蚀刻时，侧向的蚀刻将同时发生，进而造成底切（咬边）现象，导致图案线宽失真。因此湿式蚀刻在次微米元件的制程中已被干式蚀刻所取代。 干式蚀刻通常指利用辉光放电（辉光放电）方式，产生包含离子，电子等带电粒子及具有高度化学活性的中性原子与分子及自由基的电浆来进行图案转印（模式传输）的蚀刻技术。在本章节中，将针对半导体制程中所采用的蚀刻技术加以说明，其中内容包括了湿式蚀刻与干式蚀刻的原理，以及其在各种材质上的应用。但基于干式蚀刻在半导体制程中与日俱增的重要地位，因此本章节将以干式蚀刻作为描述的重点。涵盖的内容包括电浆产生的原理，电浆蚀刻中基本的物理与化学现象，电浆蚀刻的机制，电浆蚀刻制程参数，电浆蚀刻设备与型态，终点侦测，各种物质（导体，半导体，绝缘体）蚀刻的介绍，微负载效应及电浆导致损坏等。 5-1-1蚀刻技术中的术语 5 - 1 - 1A型等向性与非等向性蚀刻（各向同性和各向异性蚀刻） 不同的蚀刻机制将对于蚀刻后的轮廓（资料）产生直接的影响。纯粹的化学蚀刻通常没有方向选择性，蚀刻后将形成圆弧的轮廓，并在遮罩（面膜）下形成底切（咬边），如图5-1所示，此谓之等向性蚀刻。等向性蚀刻通常对下层物质具有很好的选择比，但线宽定义不易控制。而非等向性蚀刻则是借助具有方向性离子撞击，造成特定方向的蚀刻，而蚀刻后形成垂直的轮廓，如图5-1所示。采用非等向性蚀刻，可定义较细微的线宽。 5 - 1 - 1B的选择比（性）（选择性） 选择比即为不同物质间蚀刻速率的差异值。其中又可分为对遮罩物质的选择比及对待蚀刻物质下层物质的选择比。 5 - 1 - 1C的负载效应（负载效应） 负载效应就是当被蚀刻材质裸露在反应气体电浆或溶液时，面积较大者蚀刻速率较面积较小者为慢的情形。此乃由于反应物质在面积较大的区域中被消耗掉的程度较为严重，导致反应物质浓度变低，而蚀刻速率却又与反应物质浓度成正比关系，大部份的等向性蚀刻都有这种现象。 湿式蚀刻技术 最早的蚀刻技术是利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光阻覆盖的部分，而达到蚀刻的目的，这种蚀刻方式也就是所谓的湿式蚀刻。因为湿式蚀刻是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿式蚀刻过程为等向性，一
请回答以下问题： 题目：（1）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理! 题目：（2）在电极形成或布线工艺中,用到金属Ti,请详尽说明金属Ti的特性、金属Ti 的相关工艺、以及金属Ti在电路中的作用! 题目：（3）在化学气相淀积反应中低压会带来什么好处? 题目：（4）在光刻胶工艺中要进行，软烘，曝光后烘焙和坚膜烘焙，请详细说明这三步工艺的目的和条件。 题目：（5）请对Si（以一种刻蚀气体为例）和SiO2（以一种刻蚀气体为例）刻蚀工艺进行描述，并给出主要的化学反应方程式。 （每题20分，满分100分） （1）在离子注入工艺中,有一道工艺是”沟道器件轻掺杂源(漏)区”,其目的是减小电场峰植和热电子效应!请详尽解释其原理! 答：轻掺杂漏区（LDD）注入用于定义MOS晶体管的源漏区。这种区域通常被称为源漏扩展区。注入使LDD杂质位于栅下紧贴沟道区边缘，为源漏区提供杂质浓度梯度。LDD在沟道边缘的界面区域产生复杂的横向和纵向杂质剖面。nMOS和pMOS的LDD 注入需用两次不同的光刻和注入。在源漏区浅结形成的同时MOSFET的栅也被注入。 LDD结构用栅作为掩膜中低剂量注入形成（n-或p-注入），随后是大剂量的源漏注入（n+或p+注入）。源漏注入用栅氧化物侧墙作为掩膜。如果没有形成LDD，在正常的晶体管工作时会在结和沟道区之间形成高电场。电子在从源区向漏区移动的过程中（对n沟道器件）将受此高电场加速成为高能电子，它碰撞产生电子—空穴对。热电子从电场获得能量，造成电性能上的问题，如被栅氧化层陷阱捕获，影响器件的阀值电压控制。 随着栅氧厚度、结深、沟道长度的减小,漏端最大电场强度增大,热载流子效应的影响变大,它对器件的寿命、可靠性等有很大影响。通过分析我们可以看到：LDD结构通过两条途径来抑制热载流子效应：弱化漏端电场和使得漏端最大电场离开栅极。增大注
在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。 湿法刻蚀即利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。因为湿法刻蚀是利用化学反应来进行薄膜的去除，而化学反应本身不具方向性，因此湿法刻蚀过程为等向性。 湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。 湿法刻蚀之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水；2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题；3) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。 基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。 1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度。 干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。 刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。对于化学反应性刻蚀则是产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生
等离子体刻蚀多晶硅 与刻蚀SiO2相同，选择合适的化学物质刻蚀多晶硅也需要考虑到以下几个因素：副产品挥发性、选择比和各向异性。另一个需要考虑的因素是，Si表面普遍存在一层天然氧化层，这一氧化层需要在刻蚀初期，用额外的“穿透”步骤去除。刻蚀多晶硅常采用含氟刻蚀剂，Si和F的化合物SiF4具有很好的挥发性。然而采用SF6、CF4或CF4／O2刻蚀多晶硅时，等离子体中产生的F自由基的浓度很高，而聚合物的生成相对较少，因而刻蚀会倾向于各向同性。上一节我们介绍SiO2的刻蚀时，曾提到降低相关氟的组分并增加碳的组分可以提高刻蚀的各向异性，降低自发刻蚀作用，增强离子诱发的刻蚀作用。添加H2或使用CHF3可以实现这一点。但这样做也会增加SiO2相对于Si的刻蚀速率，因为在Si上会优先生成一层聚合物。这一点对刻蚀SiO2是适用的，但对刻蚀多晶硅并不适用，因为我们要提高刻蚀对下层SiO2的选择性。因而采用含氟物质，难以同时保证各向异性和刻蚀多晶硅对SiO2的选择性。 若对各向异性要求并不高，可以在CF4中加入O2，因O2的加入，Si的刻蚀速率比SiO2的刻蚀速率增加的多，因而刻蚀Si对于SiO2的选择性就提高了，但此时刻蚀会更趋于各向同性。对于氟化物来说，为了兼顾各向异性和选择性，可以在刻蚀过程中改变化学气体。开始时选择刻蚀为各向异性，例如采用CF4／H2混合气体，当刻蚀快结束时，可以提高刻蚀对SiO2的选择性，如可采用CF4／O2混合气体。但这一方法会使多晶硅或多或少地存在钻蚀。 刻蚀多晶硅要同时获得各向异性和良好的选择性，可采用氯化物刻蚀剂。硅同Cl原子生成副产物的挥发性略低于同F原子生成副产物的挥发性，但仍可以接受。氯化物如Cl2，HC1或SiCl4都可以用来刻蚀多晶硅。同采用氟化物刻蚀相比较，氯化物中参与刻蚀的化学物质含量较低，因而对Si的侧向刻蚀相对少一些。同时由于离子轰击的作用，纵向刻蚀速率显著增长。这或者是由于离子轰击作用导致了表面化学键的断裂，或者是由于它增强产物的去除作用。从这点可以看出，采用含氯化合物刻蚀Si，即使没有抗蚀层存在，也可以达到相当好的各向异性，同时刻蚀Si对SiO2的选择性也很高。采用氯化物刻蚀也不易在Si表面形成聚合物抗蚀层，而采用氟化物则不同，Si上易于形成抗蚀层会使选择性有所降低。同时氯化物刻蚀SiO2的速率会很低。如果系统中C的含量较低甚至为零，SiO2的刻蚀速率会显著降低。在SiO2同Cl的刻蚀反应中，碳起着相当重要的作用，碳含量较低时刻蚀作用会得到增强。因此采用氯化物刻蚀剂刻蚀Si，除了刻蚀可以达到各向异性外，对SiO2的选择性也相当高，一般情况下选择性的典型值大于100。加入少量O2，可进一步增强各向异性。O2与硅反应，或与侧壁上吸附的刻蚀副产物反应，生成非聚合物，即SiO2含基的抗蚀层。加入O2也有利于刻蚀时对氧化物的选择性，因为氧气同光刻胶掩膜腐蚀生成的C的含量。在硅片背面加氦气增强热传导作用，保持硅片温度较低，也会通过增强抗蚀层的形成改善各向异性。 氯化物刻蚀剂对掺杂很敏感。高浓度n+掺杂可以将硅刻蚀速率提高到25倍，同时能够增加自发刻蚀和钻蚀的作用。含SiO2的抗蚀层可以阻碍这一作用。氯化物刻蚀多晶硅速率比氯化物慢，也采用两种气体的混合物。加入SF6可以减少边缘沟槽作用。氯化物刻蚀时栅极边缘的沟槽会成为一个问题，下层的栅氧化物会受到损伤。含氯碳氟化合物，如C2Cl2F5，也可用于刻蚀多晶硅，但它对臭氧层有破坏作用，因而不常被采用。 刻蚀多晶硅最常用的刻蚀剂是含溴的化合物。溴是元素周期表中继F和C之后