【正文】 利用鎢全面回蝕得到鎢插栓是鎢刻蝕的一項重要應用。 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 77 兩層嵌入式工藝中不同的工藝步驟 抗蝕劑 刻蝕停止層 抗蝕劑 連線 通孔 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 78 W LPCVD W已廣泛用于接觸孔填塞與第一層金屬層，這是因為鎢有完美的淀積均勻覆蓋性。 在兩層嵌入式工藝中，牽涉了一系列的洞（接觸孔或通孔）的刻蝕出來并以金屬填入，然后 CMP。因此，銅的金屬導線制作使用“嵌入式”工藝而不用刻蝕。然而，銅的鹵化物揮發(fā)性較低，室溫下的等離子體刻蝕并不容易。在晶片暴露與大氣前，先臨場通入 CF4等離子體，用 F取代 Cl；然后再通入氧等離子體去除抗蝕劑；緊接著立刻將晶片浸入去離子水中，如此可避免 Al的腐蝕。 暴露于大氣環(huán)境中是鋁刻蝕的另一個問題。氯對鋁有極高的化學刻蝕速率并且在刻蝕時會有橫向鉆蝕現象。氟與鋁反應產生非揮發(fā)性的 AlF3，在 1240℃ 時，其蒸汽壓只有 1Torr。 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 75 金屬導線刻蝕－ Al IC制作中，金屬層的刻蝕是一個相當重要的步驟。必須使用轟擊能量較高的離子才能將此聚合物形成的鈍化層從氧化層上去除，以及將反應物質與氧化物表面混合形成的 SiFx的產物。因為具有較高的鍵結合能量，介質的刻蝕必須利用氟基增強等離子體。 大多數氯基與溴基化合物可用于柵極刻蝕而得到所需的各向異性與選擇比。 例如，對 1G DRAM而言，其選擇比需超過 150（即多晶硅化物與柵極氧化層的刻蝕速率比為 150:1）。 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 72 圖為硅溝槽平均刻蝕速率與高寬比的關系 0 10 20 30 40 50 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 73 多晶硅與多晶硅化物柵極刻蝕 多晶硅與多晶硅化物（即多晶硅上覆蓋有低電阻金屬硅化物）常用作MOS器件的柵極材料。 HBr+NF3+SF6+O2混合氣可用于形成深度約 7um的溝槽電容，此氣體也用于淺溝槽的刻蝕。深溝槽深度通常超過 5um，主要是用于形成存儲電容，淺的溝槽其深度通常不會超過 1um，一般用于器件間的隔離。 被刻蝕材料 刻蝕用的化學藥品 深 Si溝槽 HBr/NF3/O2/SF6 淺 Si溝槽 HBr/Cl2/O2 多晶硅 HBr/Cl2/O2, HBr/O2, BCl3/Cl2, SF6 Al BCl3/Cl2, SiCl4/Cl2, HBr/Cl2 AlSiCu BCl3/Cl2N2 W 只有 SF6, NF3/Cl2 TiW 只有 SF6 WSi2， TiSi2， CoSi2 CCl2F2/NF3, CF4/Cl2, Cl2/N2/C2F6 SiO2 CF4/CHF3/Ar, C2F6, C3F8/CO, C5F8, CH2F2 Si3N4 CHF3/O2, CH2F2, CH2CHF2 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 71 硅溝槽刻蝕 當器件尺寸縮小時，晶片表面用作隔離 DRAM儲存單元的儲存電容與電路器件間的區(qū)域也會相對減少。 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 69 TiW刻蝕腔 AlCu刻蝕腔 鈍化層剝蝕腔 真空裝載鎖住腔 卡式裝 /卸載腔 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 70 反應等離子體刻蝕的應用 等離子體刻蝕系統(tǒng)已由應用于簡單、整批的抗蝕劑剝蝕快速發(fā)展到大的單片晶片加工。為了減少塵粒的污染，集成等離子體設備利用晶片操作機將晶片置于高真空環(huán)境中從一個反應腔移到另一個反應腔。 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 67 等離子體 RF RF 介電板 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 68 集成等離子體工藝 半導體晶片都是在潔凈室里加工制作，以減少大氣中的塵埃污染。 另外， HDP等離子體源對襯底的損傷較?。ㄒ驗橐r底有獨立的偏壓源與側電極電勢），并有高的的各向異性（因為在低壓下工作但有高活性的等離子體密度）。 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 66 其他高密度等離子體刻蝕機 由于 ULSI的線寬持續(xù)縮小，逼近傳統(tǒng)的 RIE系統(tǒng)極限，除了 ECR系統(tǒng)外，其他形式的高密度等離子體源（ HDP），如電感耦合等離子體源（ ICP）、變壓器耦合等離子體源（ TCP）、表面波耦合等離子體源（ SWP）也已開始發(fā)展。 ECR結合微波電源與靜電場來驅使電子沿磁場線作一定角頻率的回旋。 平行板系統(tǒng) RF RF 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 65 電子回旋共振（ ECR）等離子體刻蝕機 大多數的等離子體抗蝕機，除了三極 RIE外，都無法提供獨立控制等離子體參數的能力。此刻蝕系統(tǒng)比傳統(tǒng)的“桶裝”刻蝕系統(tǒng)選擇比要低，是由于強烈的物理濺射的關系。振蕩周期與薄膜厚度的變化關系為： 2d n???現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 61 刻蝕時間（任意單位） 反射系數（任意單位） 硅化物 多晶硅 硅化物 /多晶硅刻蝕實驗曲線 現代半導體器件物理與工藝 桂林電子科技大學 圖形曝光與光刻 62 反應等離子體刻蝕技術與設備 一個反應等離子體刻蝕反應器包括一個真空腔、抽氣泵系統(tǒng)、電源供應產生器、壓力探測器、流量控制器與終點探測器等。在刻蝕過程中，從晶片表面反射的激光會來回振蕩，這個振蕩的發(fā)生是因為刻蝕層界面的上界面與下界面的反射光的相位干涉。因此，必須配備一個用來探測刻蝕工藝結束點的監(jiān)視器，即終點探測系統(tǒng)。這些由主要刻蝕劑或副產物所引起的發(fā)射信號在刻蝕終點開始上升或下降。利用觀測到的光譜波峰與已知的發(fā)射光譜比較，通過可以決定出中性或離子物質的存在。將二者結合，如反應離子刻蝕（ RIE）。 化學方式有高腐蝕速率、高的選擇比與低的離子轟擊導致的缺陷，但有各向同性的刻蝕輪廓。 刻蝕機制 刻蝕工藝包括 5個步驟： 刻蝕過程開始與等離子體刻蝕反應物的產生； 反應物通過擴散的方式穿過滯留氣體層到達表面； 反應物被表面吸收； 通過化學反應產生揮發(fā)性化合物； 化合物離開表面回到等離子體氣流中，接著被抽氣泵抽出。 現代