xxxx毕业设计论文 半导体制造-刻蚀工艺介绍
氧化的方法有两种：湿法氧化和干法氧化。湿法氧化的氧化剂是使用氧和水蒸气的混合物。湿氧氧化具有较高氧化速率，可用于生长厚的氧化层。干氧氧化可获得特性良好的Si-SiO2界面，所以通常用来生长器件的氧化物薄膜层。图1-1（a）显示一硅晶片原材料准备进行氧化处理。经过氧化工艺处理后，就会在晶片的整个表面形成一层SiO2。为简化讨论，图1-1（b）只显示硅片表面的氧化层。
1.2光刻和刻蚀
光刻技术被用于界定p-n结的几何形状。形成SiO2层以后。在晶片表面使用高速旋转机旋涂一层对紫外线敏感的光敏材料薄层，这种光敏材料被称为光刻胶。之后将晶片放在温度为80~100℃的环境下烘焙，目的是去除光刻胶中的溶剂，提高光刻胶黏附力。
下一步骤使用紫外线光源，通过具有某种图案的掩模板对涂有光刻胶晶片进行曝光。根据光刻胶的类型，在晶片表面光刻胶涂层的曝光区域将发生相应的化学反应，曝光在光线下的光刻胶涂层将发生聚合反应而难以被刻蚀。聚合物区域在晶片放进显影液后依然存在，而被曝光的区域（在不透光的掩模板区域下）会溶解并清洗掉，如图1-1（d）所示
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图1-2：（a）显影后的晶片；（b）SiO2去除的晶片；（c）光刻工艺处理后的晶片；（d）扩散
或离子注入形成p-n结；（e）光刻工艺处理后的晶片；（f）完整工艺处理后的晶片
图1-2（a）显示了显影后的晶片。晶片再次放入120~180℃温度下烘焙20分钟，以增强对称底得黏附力，提高在即将进行的刻蚀工艺处理中的腐蚀能力。然后使用氢氟酸（HF）作为酸刻蚀液来去除没有被光刻胶抗蚀剂所保护的SiO2表面，如图1-2（b）所示。最后使用化学溶剂或等离子体氧化系统剥去光刻胶。图1-2（c）显示光刻胶光刻胶工艺处理以后除去部分氧化层区域的最终结果，此时晶片已经完成了准备工作，可以进行后续的扩散或离子注入的工艺步骤以形成p-n结。
1.3扩散和离子注入
在扩散方法中，没有被SiO2保护的半导体表面暴露在相反类型的高浓度杂质中，杂质利用固态扩散的方法进入半导体晶格中。在离子注入方法中，掺杂离子被加速到较高的能量，然后注入半导体内部。此时SiO2层作为杂质扩散或离
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子注入的阻挡层。随后p-n结形成，见图1-2（d）。由于掺入杂质的横向扩散，重掺杂区域要比光刻所开的窗口面积略微大些。
1.4金属化
扩散或离子注入步骤以后，欧姆接触和互连线在随后的金属化工艺步骤中完成，如图1-2（e）所示。金属薄膜可以使用物理或化学气相淀积的方法形成。光刻的工艺再次被使用，用来界定正面的连接点，如图1-2（f）所示。在晶片背面也要进行相似的金属层和半导体之间的低电阻接触。
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第2章 刻蚀工艺及方法介绍
2.1刻蚀工艺及方法介绍
刻蚀就是用光刻的方法制成的光刻胶上的微细图形结构，只能给出集成电路的形貌（又称为潜影），并不是真正的集成电路图形结构。为了获得真正的集成电路结构，还必须将光刻胶上的图形转移到光刻胶下面各层材料上面去。可是就可以担当这一任务：将曝光、显影后的光刻微图形中下层材料的裸露部分去除，即在这层材料上重视与光刻胶相同的微图形。也可以这样说，可是就是将没有被光刻胶覆盖或保护的部分，以化学反应或物理作用加以去除，以完成将图形转移到硅片表面的目的。（如图2-1所示）
图2-1：刻蚀转移图形示意图
应该说，图形转移是借助于光刻和刻蚀共同完成的。硅片表面的一层薄膜可以是SiO2、Si3N4、Poly-Si、铝合金（Alloy）、磷硅玻璃等。
随着大规模集成电路技术的发展，图形加工的线条也越来越细，硅片尺寸越来越大，因此，对于刻蚀转移图形的重视精度和尺寸控制要求也越来越高。
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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。
2.2湿法刻蚀
湿法刻蚀是腐蚀液进行刻蚀，又称湿法化学腐蚀法。湿法刻蚀在半导体工艺中被广泛地应用，其腐蚀过程与一般化学反应相识。由于是腐蚀样品上没有光刻胶覆盖的部分，因此，理想的刻蚀应当对光刻胶不发生腐蚀或腐蚀速率很慢。
刻蚀不同材料所选择的腐蚀液是不同的，所用的光刻胶对各种腐蚀剂都具有较强的适应性，在生产上往往用光刻胶对腐蚀剂的抗腐蚀能力作为衡量光刻胶质量的一个重要标志。湿法腐蚀尤其适合将多晶硅、氧化物、氮化物、金属与Ⅲ-Ⅴ族化合物等作为整片（即覆盖整个晶片表面）的腐蚀。
湿法刻蚀的机制涉及了三个核心步骤，如图2-2所示。反应物由于扩散传递到反应表面，化学反应在表面发生，且来自于表面的产物由扩散清除。刻蚀剂溶液的扰动和温度将影响刻蚀速率，该速率指单位时间由由刻蚀去除的薄膜量。在集成电路处理时，多数湿法刻蚀是如下进行的：通过将晶圆片侵在化学溶剂中或通过将溶剂液喷洒到晶圆片上。
对于浸泡刻蚀，圆片是浸在刻蚀溶剂液中的，且常常需要机械扰动，为的是确保刻蚀的统一性和一致的刻蚀速率。喷洒蚀刻已经逐渐替代了浸泡刻蚀，因为前者通过持续地将新鲜刻蚀剂喷洒到圆片表面，这样便极大地增加了刻蚀速和一致性。
图2-2：湿法化学刻蚀基本机理
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