濕法和干法刻蝕圖形化的刻蝕過程討論

刻蝕工藝簡介

刻蝕是移除晶圓表面材料，達(dá)到IC設(shè)計要求的一種工藝過程?？涛g有兩種:一種為圖形 化刻蝕，這種刻蝕能將指定區(qū)域的材料去除，如將光刻膠或光刻版上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底薄膜 上;另一種是整面全區(qū)刻蝕，即去除整個表面薄膜達(dá)到所需的工藝要求。本章將討論這兩種刻 蝕技術(shù)，并強調(diào)圖形化的刻蝕過程。

下圖顯示了一個MOSFET柵圖形化刻蝕的工藝流程。首先是如下圖（a）所示的光刻工藝，即將柵光刻版上的圖形顯示到晶圓表面多晶硅薄膜的光刻膠上;然后利用刻蝕工藝將圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠下面的多晶硅上，如下圖（b）所示;最后利用 濕法、干法或兩種技術(shù)的結(jié)合將光刻膠去除以完成柵的圖形化，如下圖（c）所示。

光刻技術(shù)和濕法刻蝕在印刷工業(yè)已經(jīng)使用，也可用做印刷電路板。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在20世紀(jì)50年代開始釆用這兩種技術(shù)制作晶體管和集成電路。通過光刻工藝將光刻版的圖形轉(zhuǎn)移到晶圓表面的光刻膠上后，再經(jīng)過刻蝕或離子注入透過光刻膠上的圖形就可將器件或電路轉(zhuǎn)移到晶圓上。下圖顯示了IC制造中的圖形化刻蝕工藝。

20世紀(jì)80年代前主要使用濕法刻蝕，利用化學(xué)溶液將未被光刻膠覆蓋的材料溶解達(dá)到移轉(zhuǎn)圖形的目的。80年代之后，當(dāng)最小圖形尺寸縮小到3um以下時，濕法刻蝕就逐漸被干法（等離子體刻蝕）取代。這是由于濕法刻蝕為等向性刻蝕輪廓，會造成光刻膠的底切效應(yīng)及關(guān)鍵尺寸（CD）損失（見下圖）。

先進半導(dǎo)體制造中，幾乎所有的圖形化刻蝕都利用等離子體刻蝕技術(shù)，然而薄膜剝除和薄膜質(zhì)量控制仍使用濕法刻蝕。下圖所示為CMOSIC芯片的鋁金屬化工藝，說明了一些刻蝕工藝的位置。

IC芯片工藝過程包含許多刻蝕過程，如圖形化和整面全區(qū)刻蝕;單晶硅刻蝕用于形成淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation,STI)；多晶硅刻蝕用于界定柵和局部連線。氧化物刻蝕界定接觸窗和金屬層間接觸窗孔;金屬刻蝕形成金屬連線。同時也有整面全區(qū)刻蝕，氧化層CMP停止在氮化硅層后的氮化硅剝除工藝(沒有顯示在下圖工藝中)；電介質(zhì)的非等向性回刻蝕形成側(cè)壁空間層;鈦金屬硅化合物形成合金之后的鈦剝除(沒有包括在下圖中)。

下圖顯示了一種先進CMOSIC的截面圖，其中包括選擇性外延源/漏極、高k最后柵和金屬柵(HKMG)、銅/低k互連。先進CMOSIC需要等離子體刻蝕單晶硅形成STI,濕法刻蝕單晶硅形成選擇性外延源/漏極。干法刻蝕被用于形成多晶硅虛柵，濕法刻蝕被用于去除多晶硅 虛柵為HKMG提供空間。使用銅/低k連線的先進CMOSIC用的是電介質(zhì)溝槽刻蝕工藝，而不是金屬刻蝕工藝。

本章包含刻蝕的基礎(chǔ)原理:濕法和干法刻蝕、化學(xué)刻蝕、物理刻蝕和反應(yīng)式離子刻蝕及硅、多晶硅、電介質(zhì)和金屬刻蝕工藝。最后討論刻蝕工藝的發(fā)展趨勢。

審核編輯：劉清