揭秘刻蚀工艺：关键因素深度剖析与实战指南

发布时间：2023-06-09 10:56:59

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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刻蚀工艺，无疑是微电子制造中的核心环节,在制造高精度的点点taptap安卓和器件时，我们依赖刻蚀工艺对材料进行精细的雕琢和改良。但刻蚀并不简单，其质量和效率受到多种复杂因素的影响，刻蚀速率、均匀性、选择性和轮廓等，都是我们必须仔细考虑和控制的参数。

刻蚀工艺

刻蚀速率是一个“速度”的概念，用来衡量我们多快能从材料上移除不需要的部分。这个速率直接决定了生产效率,要计算它，需简单地用刻蚀前后的材料厚度差，除以刻蚀所花费的时间。对于图形化刻蚀，我们还能借助高级设备如扫描电子显微镜，直接观测并测量被移除的薄膜厚度，从而得到精确的刻蚀速率。比如，有一个热氧化层，初始厚度为5000A。经过30秒的等离子体刻蚀后，厚度减少到了2400A。要计算这个过程的刻蚀速率，我们就用初始厚度减去刻蚀后的厚度，再除以刻蚀时间。这样算出来，刻蚀速率就是每分钟5200A。

如果我们有一个BPSG接触窗口的刻蚀轮廓图，并且知道某一点的刻蚀深度和时间，我们同样可以用上面的方法计算刻蚀速率。比如，在45秒内刻蚀深度达到4500A，那么刻蚀速率就是每分钟6000A。刻蚀工艺是半导体制造中极为关键的一环，它要求晶圆表面上的材料以高度精确和均匀的方式被去除。在这个过程中，保持一个均匀的刻蚀速率是至关重要的。这不仅关乎到单个晶圆内部不同区域的刻蚀一致性（即晶圆内均匀性），也影响到不同晶圆之间的刻蚀结果可重复性（即晶圆对晶圆均匀性）。

要评估这种均匀性，我们通常会在晶圆上选取特定的测量点，比较这些点在刻蚀前后的厚度变化，进而计算出各自的刻蚀速率。这里提到的五点测量法正是实现这一目标的实用方法。通过对比给定的数据，我们计算得出各测量点的刻蚀速率，并求得平均刻蚀速率。进一步地，NUm值是一个衡量晶圆内刻蚀均匀性的关键指标,代表了晶圆上不同点刻蚀速率的差异相对于平均刻蚀速率的百分比。NUm的计算结果反映了刻蚀速率在不同测量点之间的微小差异，这个差异越小，说明刻蚀的均匀性越好。

刻蚀选择性，作为刻蚀工艺中的核心要素，是指不同材料在刻蚀过程中所展现出的刻蚀速率差异。在图形化刻蚀中，涉及光刻胶、被刻蚀的薄膜及衬底这三种主要材料。每种材料对刻蚀剂的反应程度或受等离子体刻蚀中离子轰击的影响均不相同，由此产生了刻蚀速率上的差异，即所谓的刻蚀选择性。

以栅电极的刻蚀为例，光刻胶作为刻蚀过程中的屏蔽层，其作用是保护下方的材料不被刻蚀。而多晶硅则是被刻蚀的目标材料。在实际刻蚀过程中，由于等离子体的扩散效应，光刻胶难免会受到一定程度的刻蚀。因此，为了确保刻蚀过程的精确性，多晶硅对光刻胶的刻蚀选择性必须足够高，以防止在刻蚀多晶硅的过程中过度损失光刻胶。同样地，多晶硅下方的超薄栅氧化层也需要得到高度保护，这就要求多晶硅对氧化物的刻蚀选择性极高，以防止在刻蚀过程中穿透氧化层。

除了刻蚀选择性，刻蚀轮廓也是影响刻蚀效果的关键因素,决定了刻蚀后材料表面的形状和结构，进而影响到后续的沉积工艺。理想的刻蚀轮廓应该是垂直的，这样可以确保光刻胶上的图形能够精确地转移到下方的薄膜上，而不造成任何尺寸损失。然而，在某些情况下，如接触窗和金属层间接触窗孔的刻蚀中，略微倾斜的轮廓可能更为有利，因为它能够增大刻蚀窗口的张角，使得后续的钨CVD填充过程更为容易，不留空隙。

化学刻蚀通常会产生等向性轮廓，这可能导致光刻胶下方的底切效应和尺寸损失。而反应式离子刻蚀（RIE）过程中，如果蚀刻气体分子过多或离子散射到侧壁上的情况过多，也可能导致轮廓底切效应，这会对后续的沉积过程产生不利影响，可能在填补空隙或空洞时产生间隙。