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子体为例,对SiO2与Si的刻蚀选择性约在10以上,但是对Si3N4与Si的选择性仅在3~5之间,对Si3N4与SiO2的选择性仅在2~4左右。近期改用NF3的等离子体进行刻蚀,结果是比较理想的。
2.3.3铝合金的干法刻蚀
当铝-硅-铜合金经过氯离子刻蚀后,合金表面将残留有氯或未被真空系统排除的Al-Cl3。如果这些残留物未及时清除,当硅片从RIE反应器里取出之后,空气中的水分将与这些残留物中的氯和氯化物反应生成HCL。生成HCL可以与Al和Cu形成Al和Cu形成AlCl3和CuCl2,然后这一层AlCl3会再与H2O继续以上循环作用,会使Al被腐蚀。
为了避免这种现象,就是在铝被刻蚀之后,再增加一道工序除去这表面的残留物以避免产生这种铝合金被腐蚀现象。
现在生产上的做法是当铝合金被氯化物等等离子体刻蚀之后,施以CF4或CF3的高分子聚合反应,在刻蚀后的铝合金表面覆盖一层高分子聚合物薄膜,如此便可以放在铝合金在空气中的腐蚀。另一种方法是在刻蚀后去胶之前,增加一道“水洗”或有机溶剂清洗,也可以达到防止铝合金被腐蚀的效果。
2.3.4干法刻蚀的其他用途
除了上面介绍的刻蚀之外,还可以用它来进行光刻胶的去除工作(去胶),以弥补湿法去胶的不足。
还可以用作各种表面清洗工作。硅片表面的清洗和反应器内腔的清洗工作。因为一些易于氧化的材料,用湿法清洗很容易被氧化。如果改用干洗法,就可以避免这一缺陷。目前使用得较多的是干法刻蚀的反应室,可以与淀积金属的镀膜反应室连接,经干法清洗以去除硅片表面氧化层以后,可以保持在真空状态下(不与大气接触),再进行表面镀膜(此时表面氧化层几乎不去考虑),是金属层与硅片接触得更理想。
在CVD淀积薄膜以后,在反应室上淀积一层生成物,如果这一层生成物附着不好往往在生产产生微粒影响CVD淀积质量。因此,要定期对反应室进行清洗工作。如果把这种等离子体干法应用于CVD的清洗工作上,效果是十分好的。
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第3章 刻蚀的去胶
腐蚀完毕必须将光刻胶去掉,这一道工序叫去胶。常用方法有溶剂去胶、氧化去胶和等离子去胶。
3.1溶剂去胶
把带有光刻胶的硅片浸在适当的溶剂内,使聚合物膨胀,然后把胶擦去,称为溶剂去胶。去胶剂一般是含氯的烃化物,如三氯乙烯。这些化合物含有较多的无机杂质,因此,会在衬底表面留下微量杂质,在制备MOS器件是,可能会引起不良后果。另外,洗涤周期长,操作较繁杂,故很少采用。当然此法优点是在常温下进行,不会是铝层发生变化。
3.2氧化去胶
所谓氧化去胶是指利用氧化剂把光刻胶去掉。此法使用十分普遍,有人又称为湿法去胶。常用的氧化剂是硫酸。它能是光刻胶中的碳被氧化而析出来。不过,碳微粒的析出要影响硅片的表面质量,因此,在硫酸中还要加一些双氧水(H2O2),使碳氧化成CO2析出。典型的氧化去胶是H2SO4:H2O2=3:1.也有人用硫酸和重铬酸钾配合。
把硅片放在氧化剂中加热到1000℃左右,光刻胶层被氧化成CO2和H2O而被除去。
氧化去胶的优点是洗涤过程十分简便,即用去离子水冲洗就可以。但要注意,氧化剂对衬底表面也有腐蚀作用(尽管是十分轻微的)。有人又改用1号洗液(H2O2:NH4OH:H2O=5:2:1)去胶。
反刻铝的湿法去胶使用发烟硝酸,将硅片在里面浸泡2~3min,然后用去离子水冲洗,丙酮棉花擦洗。也可以放入二甲苯或丙酮中浸泡,使胶软化,然后用丙酮棉花擦洗。
目前常常把去胶和合金放在一起做。也就是将要去胶的硅片放入450~530℃的氧化炉中,通入大量的氧气,使光刻胶生成CO2和H2O等挥发物质并随之排出。此法十分简单,也不用硫酸等化学试剂,并能与合金结合在一起,简化了工艺。但应注意的操作时炉温不能过高,否则会因此结特性变化或铝层被氧化。
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3.3等离子体去胶
等离子体去胶是近几年发展起来的一种新工艺。它不需要化学试剂,也不需要加温,因此,器件的特征和金属铝层都不受影响,这对提高产品质量和可靠性有好处。
等离子体去胶设备见图3-1。它的高频信号发生器产生11~12MHz的高频
图3-1: 等离子去胶示意图
讯号,接到石英管壁外的铝平级电容或感应线圈上。外加的高频电磁场使通入石英管中的氧在高频电场作用下电离,形成等离子区。其中活化的原子态氧,约占10%~20%,他们活性活泼、氧化能力强,将与光刻胶发生反应,使之变成CO2、H2O、CO和其他挥发性氧化物而被机械泵排出,达到了去胶的目的。
在工作时,系统的真空度达到3×10-2托,然后通入氧气,并用针型阀门调节流量。高频信号源的频率是11~12MHz,输出功率为150~200W。但由于各种损耗、实际输入石英管内只有几十瓦,通入氧气流量为8~30ml/min。
再去胶过程中,氧气流量大小直接影响去胶速度。当氧气流量为零时,去胶速率很小。逐渐增大氧气流量,去胶速度增大。这说明氧气在去胶的作用是十分明显的。在辉光电离区,氧气电离后有可能会生成臭氧与光刻胶反应。当氧气流量增加时,活化氧原子数也增加,去胶速度加快,同时辉光后的颜色也会从淡红色变为发亮。如氧气流量过大,电离十分剧烈,石英管温度上升,这样温度过高,会对金属起不良作用,因此为了因为保证衬底温度不超过150℃,此时氧气流量
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定在8~30ml/min范围。
去胶速率除了与氧流量有关外,还随着输出功率增大而加快。原因是功率大,氧电离能力也强、活化剂原子数也增多,这样去胶速度也大大提高。但亦要注意,石英管内衬底温度上升与屏极电压成正比。即屏极电压升高。所以生产中要是视具体情况定适当的条件,确保去胶的质量。
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第4章 刻蚀的终点检测
干法刻蚀不同于湿法刻蚀,对被刻蚀薄膜层下面一层材料,通常没有足够高的刻蚀选择比,等离子体刻蚀的反应室,必须装有一个终点监察设备,以便确定中止刻蚀时间。即需要一终点检测系统,以避免刻蚀到下一层材料去,这种检测系统有两种:光发射分光仪法和激光干涉测量法。有时也将这两种方法同时使用。
4.1终点检测方法
4.1.1光发射分光仪法
光发射光仪法是通过分析气体放电过程中处于激发态的原子和分子的外层电子返回基态时所发射的特征谱线的强度确定终点。在刻蚀过程中,激发态反应生成物或反应物所发出的光,具有反映该物质特征光谱线。如图4-1所示,用单色仪和光电倍比器来检测这些特征光谱线的强度变化,可以分析出薄膜被刻蚀的况。
图4-1:终点检测的光发射过程
4.1.2激光干涉法测量
激光干涉法测量是用射向硅片表面的激光来进行测量。如果硅片上的薄膜是透明的,从被刻蚀薄膜反射回来的激光束和从薄膜底层反射回来的激光束彼此互
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