蒸发刻蚀工艺培训

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1、蒸发刻蚀工艺培训,芯片工艺部：段会强2007-02-01,一、蒸发工艺 1.目的 使用蒸镀机在产品表面蒸镀一层均匀的薄膜，以便进行后续制程。 2.环境 无尘车间，温度：223，湿度：5070。 3.蒸镀的分类 镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。对于LED制程，主要使用的是真空蒸发（电子束蒸镀、热蒸镀等）及化学气相生成法。,4.真空蒸发 真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或

2、分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜又可以分为 热电阻蒸发、电子束蒸发、高频感应蒸发和激光束蒸发等。 4.1 电阻加热蒸发法（Thermal） 采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。,上图：使用钨舟进行蒸镀,右图：蒸镀机外观图,上图：蒸镀用镀锅,利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对镀膜质量要求不太高的大批量的

3、生产中 。电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。,热蒸镀法蒸镀常见异常： （1）蒸镀源材料飞溅 （2）蒸镀金属错误 （3）蒸镀选错程序 （4）热蒸镀有铜（Cu）镀上 （5）蒸镀掉金 （6）蒸镀后有花纹、斑点 （7）蒸镀断钨舟 （8）蒸镀膜厚计异常,4.2 电子束蒸镀法（E-Beam&E-Gun） 将蒸发材料放入水冷坩锅中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作高熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 依靠电子束轰击蒸发的真空蒸镀技术，根据电子束蒸发

4、源的形式不同，又可分为环形枪，直枪，e型枪和空心阴极电子枪等几种。 e型电子枪，即270摄氏度偏转的电子枪克服了直枪的缺点，是目前用的较多的电子束蒸发源之一。e型电子枪可以产生很多的功率密度，能融化高熔点的金属，产生的蒸发粒子能量高，使膜层和基底结合牢固，成膜的质量较好。缺点使电子枪要求较高的真空度，并需要使用负高压，真空室内要求有查压板，这些造成了设备结构复杂，安全性差，不易维护，造价也较高。,电子束蒸发源的优点为： （1）电子束轰击热源的束流密度高，能获得远比电阻加热源更大的能量密度。可以将高达3000度以上的材料蒸发，并且能有较高的蒸发速度； （2）由于被蒸发的材料是置于水冷坩锅内，因而

5、可避免容器材料的蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度极为重要； （3）热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和热辐射的损失少。,常见问题 （1）坩埚转动卡埚 （2）坩埚破裂 （3）电子束位置打偏 （4）防静电 （5）蒸镀膜厚计异常,5.化学气相沉积法 化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。,5.1 化学气相沉积的分类 CVD技术常常通过

6、反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)。然后，还有金属有机物CVD(MOCVD)，根据金属源的自特性来保证它的分类，这些金属的典型状态是液态，在导入容器之前必须先将它气化。,5.2 等离子体增强化学气相沉积(PECVD) PECVD的技术原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电（或另加发热体）使样品升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和

7、等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。,左图 ：PECVD外观图,常见问题 （1）沉积厚度不均匀 （2）沉积厚度不够 （3）沉积材料质量不好 （4）沉积材料掉落 （5）沉积后晶片表面有花纹,二、刻蚀工艺 1.目的 将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。 2.环境 无尘车间，温度：223，湿度：5070。 3.分类 刻蚀可以分为干法刻蚀（Dry etch）和湿法刻蚀（Wet etch）。,4. 湿法蚀刻 湿法蚀刻就是利用液相的酸液或溶剂;将不要的薄膜去除。湿蚀刻主要是依靠化学溶剂与薄膜的化学反应来进行，蚀刻完成后由溶剂带走腐蚀产物。湿蚀刻又分为等向性和非等向性蚀刻。 4.

8、1 影响蚀刻速率的因素： 溶液浓度、溶液成分、温度、薄膜质量、薄膜的径向、晶片放置方式、操作手法等。 4.2 防护安全 湿法刻蚀主要是使用各种化学溶剂进行的腐蚀，来达到去除不需要的薄膜物质。对于我们所使用的各种化学药品，大部分都是对人体有害的，因此我们需要做好相应的防护，并了解相关的知识，尽量在工作的时候保护自己的人身安全。,左图：以湿式法进行薄膜蚀刻时，蚀刻溶液（即反应物）与薄膜所进行的反应机制,操作化学品总会涉及到对化学品的接触，因此了解它们危险性的所有知识，以及在处理和使用中的危险预防知识就显得尤为重要。化学品的危险性可以归纳为四种类型： （1）易燃（2）腐蚀（3）化学反应 （4）有毒（

9、毒药、致癌物质、突变剂、致畸胎原等等） 总的来说，同类化学品应该储藏在一起，所有的化学品都应储藏在封闭容器中。与化学品的接触应该尽可能控制在最小限度：工程控制，例如使用通风罩；减少使用量或采用危险性小的替代品；防护装置，例如手套、护目镜和防护服。 化学品有多种进入人体方式途径，包括： 1.吸入 2.皮肤吸收 3.食入 4.注射,化学品安全：十条基本规则： 1. 了解你所用的化学品的危险性 2. 对所有化学品及其废品要作正确标记 3. 操作有害化学品时使用PPE 4. 在通风柜中操作挥发性和有害性化学品 5. 正确储藏易燃物品 6. 不要单独操作有害性化学品 7. 保持出口、淋浴、洗眼设施的通畅

10、 8. 保持工作区整洁 9. 化学品接触皮肤应立即冲洗 10.不要在实验室饮食和化妆,5.3 湿法刻蚀特点 优点：制程简单、设备便宜、可以大量的生产；具有相当好的选择性，一般不会腐蚀目标薄膜外的其它物质。 缺点：由于湿蚀刻大部分都是等向性蚀刻（侧壁侧向蚀刻的机率均等 ），因此容易发生侧蚀问题，对于精度要求较高的产品不适用。 5.4 湿法刻蚀常见问题 （1）侧蚀过大 （2）污染 （3）腐蚀不均匀，有残留,左图：清洗台,6. 干法刻蚀 干蚀刻是利用干蚀刻机台产生电浆，与所欲蚀刻之薄膜反应，产生气体由PUMP抽走，达到图案定义之目的 。 干蚀刻通常是一种电浆蚀刻 (Plasma Etching) ，

11、由于蚀刻作用的不同，电浆中离子的物理性轰击 (Physical Bomboard) ，活性自由基 (Active Radical) 与组件 ( 芯片 ) 表面原子内的化学反应 (Chemical Reaction) ，或是两者的复合作用，可分为三大类： 1、物理性蚀刻： (1) 溅击蚀刻 (Sputter Etching) (2) 离子束蚀刻 (Ion Beam Etching) 2、化学性蚀刻：电浆蚀刻 (Plasma Etching) 3、物理、化学复合蚀刻：反应性离子蚀刻 (Reactive Ion Etching 简称 RIE),6.1 影响干蚀刻速率的因素 腔体压力、气体的浓度及成分

12、比例、射频功率、薄膜材料等。 6.2 干蚀刻的特点 在电浆蚀刻中，电浆是一种部分解离的气体，气体分子被解离成电子、离子，以及其它具有高化学活性的各种粒子。干蚀刻最大优点即是非等向性蚀刻 (anisotropic etching) 。然而， ( 自由基 Radical) 干蚀刻的选择性却比湿蚀刻来得低，这是因为干蚀刻的蚀刻机制基本上是一种物理交互作用；因此离子的撞击不但可以移除被蚀刻的薄膜，也同时会移除光阻罩幕。,上图：湿蚀刻与干蚀刻的比较图图中 (a). 蚀刻前、 (b). 湿蚀刻、 (c). 干蚀刻的剖面图,6.3 安全规范 干法刻蚀的时候，要注意内部的有害气体不能泄漏。在开腔前一定要将腔体内的有毒气体抽走；在射频反应的时候，不能长时间对这观察窗观看，避免辐射都人体的伤害。 6.4 常见问题 （1）刻蚀深度不够 （2）过刻蚀 （3）刻蚀不均匀,左图：RIE等离子刻蚀机,左图：蓝绿光芯片的图形,THE ENDThank You！,