蝕刻INTRODUCTION

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1、蝕刻(Etching)概念簡介一.前言:積體電路(IC)的製造流程,猶如一場精緻細(xì)密的建築結(jié)構(gòu)施工,建築師(Designer&DeviceOwner)將設(shè)計(jì)藍(lán)圖(LayOut)和施工流程(ProcessFlow)設(shè)計(jì)出來,經(jīng)過工程部門(模組Module)制定施工法則(SetupProcess)後,交由施工單位(製造部MFG)來執(zhí)行建築工事.空白的矽晶圓就像一塊平整的大工地,經(jīng)過不斷的整地(平坦化;離子植入),灌漿混沙填土上鋼架(薄膜沉積),再經(jīng)過砌牆挖坑打洞築溝(顯影&蝕刻)等重複的製程(Process),一層一層堆

2、疊而上,製作成擁有複雜結(jié)構(gòu)和完善功能的積體電路.“晶圓”這塊”工地”有多大呢?這個(gè)超現(xiàn)代”工地”的大小尺吋演進(jìn),正代表著人類科技突飛猛進(jìn)的新里程碑.從三吋晶圓到目前的十二吋晶圓,可用面積增加了16倍,在一個(gè)processcycle後,晶粒產(chǎn)出量也提升了數(shù)十倍.基本上,一套Processflow約需經(jīng)過數(shù)百個(gè)不同步驟(step),耗時(shí)一,二個(gè)月才得以完成.而模組(Module)工程師的任務(wù)就是負(fù)責(zé)開發(fā)(Setup),維護(hù)(Maintain)和改良(Improve)各個(gè)步驟.而蝕刻模組在這項(xiàng)工事中佔(zhàn)有不可或缺的重要角色.

3、本章將針對蝕刻製程作一簡略介紹.二.蝕刻技術(shù)概論:積體電路的製造需要在晶圓上做出極細(xì)微尺寸的圖案(Pattern).而這些圖案最主要的形成方式,乃是使用蝕刻(Etching)技術(shù),將微影(Lithography)技術(shù)所產(chǎn)生的光阻圖形,無論是線(Line),面(EtchBack)或是孔洞(Hole),以化學(xué)腐蝕反應(yīng)(Chemical)的方式，或物理撞擊(Physical)的方式，或上述兩種方式的綜合，忠實(shí)無誤的移轉(zhuǎn)到薄膜上,以定義出整個(gè)積體電路所需的複雜結(jié)構(gòu).下圖是最基本的積體電路製作流程(ProcessFlow):a

4、.薄膜沉積(FilmDeposition)b.蝕刻製程(Etching)&微影製程(PhotoLithography)2-1.濕蝕刻(WetEtching)與乾蝕刻(DryEtching):蝕刻方式主要分成濕蝕刻(WetEtching)與乾蝕刻(DryEtching)兩種方式.早期半導(dǎo)體製程是使用濕蝕刻的方法,也就是利用合適的化學(xué)溶液,腐蝕所要蝕刻的材質(zhì)未被光阻覆蓋的部分,並在完成蝕刻反應(yīng)後,由溶液帶走腐蝕物。濕蝕刻的進(jìn)行主要是憑藉溶液與欲蝕刻材質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng),因此,可調(diào)配出蝕刻速率適當(dāng),以及欲蝕刻材質(zhì)對光阻與下層

5、材質(zhì)的良好蝕刻選擇比.然而,當(dāng)積體電路中的元件尺寸愈作愈小時(shí),由於化學(xué)反應(yīng)沒有方向性,所以濕蝕刻是等向性(Isotropic)的,會有側(cè)向的蝕刻,而產(chǎn)生Undercut現(xiàn)象,導(dǎo)致元件線寬失真.因此,逐漸被乾蝕刻所取代.乾蝕刻法概略而言即所謂電漿蝕刻(PlasmaEtching).所謂電漿(Plasma)是氣體分子被激發(fā)或解離後處於崩潰(Breakdown)狀態(tài)下的一種現(xiàn)象,它可稱為是一種第四狀態(tài)的物質(zhì)(氣態(tài),液態(tài),固態(tài)之外),在電漿的環(huán)境中,組成包含帶電荷離子(ChargedIons),原子團(tuán)(Radicals),分

6、子(Molecules)及電子(electrons)…等.電漿蝕刻即利用氣體分子或其產(chǎn)生的離子自由基，對晶圓上的材質(zhì)同時(shí)進(jìn)行物理式撞擊濺蝕及化學(xué)反應(yīng),來移除欲蝕刻部份。被蝕刻的物質(zhì)變成揮發(fā)性的氣體，經(jīng)抽氣系統(tǒng)抽離。乾蝕刻和濕蝕刻的比較:乾式蝕刻法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行所謂的非等向性蝕刻,獲得良好的尺寸控制，對積體電路而言，元件尺寸的控制可以得到不錯的效果。而濕式蝕刻法會造成嚴(yán)重的側(cè)向腐蝕的現(xiàn)象，顯著地限制了元件尺寸向微細(xì)化的發(fā)展。2-2.等向蝕刻(IsotropicEtch)與非等向蝕刻(AnisotropicEtch

7、):一般蝕刻技術(shù)可分為等向性(Isotropic)與非等向性(Anisotropic)兩種，其蝕刻形成的形狀如圖所示。等向性蝕刻表示橫向和縱向之蝕刻率相同，非等向性蝕刻則為橫向性蝕刻率很慢或?yàn)?,因此,可較完美調(diào)控蝕刻截面輪廓(EtchProfile)和線寬(CDControl)。2-3.乾蝕刻反應(yīng)方式:依蝕刻產(chǎn)生之原理而分為化學(xué)性蝕刻(ChemicalEtching),物理性蝕刻(PhysicalEtching)和兩者綜合之蝕刻方式(RIE).a.化學(xué)性蝕刻(ChemicalEtching):主要介由Plasma產(chǎn)

8、生的原子團(tuán)(Radicals)或反應(yīng)性(Reactive)離子與薄膜間產(chǎn)生活性化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行蝕刻.其特性為較IsotropicEtch,ProfileControl不易.a.物理性蝕刻(PhysicalEtching):當(dāng)帶正電荷離子被電漿與陰極電極板間的電位差所加速,而轟擊電極板表面,這種現(xiàn)象稱為”離子轟擊”(IonBonbardment).將