微细加工与MEMS技术-张庆中-11-刻蚀.ppt

第11章刻蚀对刻蚀的要求钻蚀（undercut）现象刻蚀技术11.1湿法刻蚀
湿法刻蚀是一种纯粹的化学反应过程。常用腐蚀液举例
1、SiO2腐蚀液
BHF：28mlHF+170mlH2O+113gNH4F
2、Si腐蚀液
Dashetch:1mlHF+3mlHNO3+10mlCH3COOH
Sirtletch:1mlHF+1mlCrO3(5M水溶液)
Silveretch:2mlHF+1mlHNO3+2mlAgNO3（0.65M水溶液），（用于检测外延层缺陷）
Wrightetch:60mlHF+30mlHNO3+60mlCH3COOH+60mlH2O+30mlCrO3(1gin2mlH2O)+2g(CuNO3)23H2O，（此腐蚀液可长期保存）3、Si3N4腐蚀液
HF
H3PO4(140oC~200oC)
4、Al腐蚀液
4mlH3PO4+1mlHNO3+4mlCH3COOH+1mlH2O，（35nm/min）
0.1MK2Br4O7+0.51MKOH+0.6MK3Fe(CN)6，（1m/min，腐蚀时不产生气泡）
5、Au腐蚀液
王水：3mlHCl+1mlHNO3，（25~50m/min）
4gKI+1gI+40mlH2O（0.5~1m/min，不损伤光刻胶）11.3干法刻蚀基本分类11.4等离子体刻蚀刻蚀硅基材料时的刻蚀气体有CF4、C2F6和SF6等。其中最常用的是CF4。二、等离子体刻蚀反应器
1、圆筒式反应器
这种反应器最早被用于去胶，采用的刻蚀气体是O2。后来又利用F基气体来刻蚀硅基材料。屏蔽筒的作用是避免晶片与等离子体接触而产生损伤，同时可使刻蚀均匀。典型工艺条件
射频频率：13.56MHz
射频功率：300~600W
工作气体：O2（去胶）
F基（刻蚀Si、Poly-Si、Si3N4等）
F基+H2（刻蚀SiO2等）
气压（真空度）：0.1~10Torr
分辨率：2m1、为各向同性腐蚀，存在侧向钻蚀，分辨率不高；2、平板式反应器非挥发性的反应产物在侧壁的淀积也可实现一定程度的各向异性刻蚀。典型工艺条件
射频频率：13.56MHz
工作气体：F基、Cl基（可加少量He、Ar、H2、O2等）
气压：10-2~1Torr
分辨率：0.5~1m离子铣刻蚀又称为离子束溅射刻蚀。选择离子的原则2、要求入射离子对被刻蚀材料的影响尽量小相对溅射率：在单位离子束电流密度下，单位时间内加工表面的减薄量，记为溅射率与离子能量的关系几种常用材料的相对溅射率
（条件：Ar+，1kV，1mA/cm2，5×10-5Torr，单位nm/min）
Si:36，GaAs:260，SiO2(热氧化):42，
Al:44，Au:160，Cr:20，
KTER:39，AZ1350:60，PMMA:84，
上述数据说明，离子溅射的选择比很差。2、掩模方式离子束溅射刻蚀
通常采用光刻胶作掩模。有两种类型的刻蚀装置。
(1)离子源与加工室分离的，如考夫曼型，离子源气压为10-2~10-4Torr，加工室气压为10-5~10-7Torr。
(2)离子源与加工室一体的，如射频型，气压为10-2Torr。接地电极（阳极）典型工艺条件
射频频率：13.56MHz
直流偏压：50~3000V
工作气体（离子）：Ar
气压（真空度）：约10-2Torr
分辨率：0.1m三、离子束溅射刻蚀的特点
优点
1、入射离子有很强的方向性，为各向异性刻蚀，无侧向钻蚀，刻蚀分辨率高；
2、能刻蚀任何材料，一次能刻蚀多层材料；
3、刻蚀在高真空中进行，刻蚀过程不易受污染。缺点4、有再淀积效应简称为RIE，但是其更恰当的名称应该是离子辅助刻蚀。反应离子刻蚀具有等离子体刻蚀的刻蚀速率快的优点，而且比等离子体刻蚀还要快，同时又具有离子铣刻蚀的各向异性因而分辨率高的优点。典型工艺条件
射频频率：13.56MHz
工作气体：Cl基、F基
气压：10-1~10-3Torr
分辨率：0.1~0.2m
刻蚀速率：100~200nm/min11.8高密度等离子体（HDP）刻蚀11.9剥离技术光刻胶的剖面轮廓有顶切式、底切式和直壁式三种。物理刻蚀为各向异性，无钻蚀，分辨率好；
化学刻蚀为各向同性，有钻蚀，分辨率差。
物理刻蚀的选择比小；化学刻蚀的选择比大。
可以通过调节工作气体的种类、气压、电极方式和电压等来控制刻蚀剖面的形状和选择比。1、工作气体
若只采用Ar等惰性气体，则发生纯物理的溅射刻蚀；若只采用F基、Cl基等活泼气体，则发生纯化学的等离子体刻蚀。而混合气体的刻蚀速率远大于两类单一气体刻蚀速率之和。各种干法刻蚀方法比较习题
1、在下面的2种应用中，应该使用等离子体刻蚀设备，还是离子铣刻蚀设备？为什么？
（a）在薄SiO2膜上刻蚀较厚的多晶硅层；
（b）在厚SiO2膜上各向异性地刻