1、第三章 微細加工中的刻蝕和清洗工藝在微細加工中，刻蝕和清洗處理過程包括許多內容。對于適當取向的半導體薄片的鋸痕首先要機械拋光，以除去全部的機械損傷，之后進行化學刻蝕和拋光，以獲得無損傷的光學平面。這種工藝往往能去除以微米級計算的材料表層。對薄片進行化學清洗和洗滌，可以除去因操作和貯存而產生的污染，然后用熱處理的方法生長Si02(對于硅基集成電路)，或者沉積氮化硅(對于砷化鎵電路)，以形成初始保護層?？涛g過程和圖案的形成相配合。在保護膜層上刻出許多小窗，并通過該層保護膜進行注入或擴散，以便形成半導體區。重復這一過程，直到全部形成器件。進一步的刻蝕和圖案形成的工藝，還用于刻蝕單層或多層的金屬布線。

2、通常這種工藝是沉積PSG(磷硅玻璃)或氮化硅保護層。最后通過光刻的方法在鍵合區開孔，供引線的焊接及引出。刻蝕也包括半導體的化學加工，它是半導體制造工藝的一部分。刻蝕工藝方法化學刻蝕包括材料簡單地溶解于溶劑中，也包括材料變成可溶的化合物。這個過程有時在高溫中以氣相的形式完成。等離子體刻蝕 低溫氣體刻蝕工藝在制造技術中起著重要的作用。這種技術就是等離子體刻蝕，它是在氣體放電中，被刻蝕的材料與一種或多種物質起反應變成揮發態，從而達到刻蝕的目的。離子銑 在許多刻蝕過程中，材料的去除是通過迅速移動的惰性粒子(通常為氬)的動量傳遞來完成的。離子銑就是這種原理的刻蝕工藝，被稱作“原子級的噴砂”。濺射 另一種

3、常用的工藝是濺射，它的基本特征類似于離子銑。這兩種技術需要形成氣體放電，以產生高速的氬離子。但是，活化物質沒有真正參與刻蝕過程，因此稱為等離子體輔助加工。反應離子刻蝕 “反應離子刻蝕”是活化物質與離子轟擊相結合的方法。系統離子轟擊的主要作用是使表面損傷，受損傷的表面可以通過活化物質的化學作用而去除?；罨镔|與基片的反應因離子轟擊而得到增強，因此刻蝕速率大于兩個單獨過程的總和。第一節 濕法化學刻蝕材料的濕法化學刻蝕，包括刻蝕劑到達材料表面和反應產物離開表面的傳輸過程，也包括表面本身的反應。如果刻蝕劑的傳輸是限制加工的因素，則這種反應受擴散的限制。吸附和解吸也影響濕法刻蝕的速率，而且在整個加工過程

4、中可能是一種限制因素。半導體技術中的許多刻蝕工藝是在相當緩慢并受速率控制的情況下進行的，這是因為覆蓋在表面上有一污染層。因此，刻蝕時受到反應劑擴散速率的限制。污染層厚度常有幾微米，如果化學反應有氣體逸出，則此層就可能破裂。濕法刻蝕工藝常常有反應物產生，這種產物受溶液的溶解速率的限制。為了使刻蝕速率提高，常常使溶液攪動，因為攪動增強了外擴散效應。多晶和非晶材料的刻蝕是各向異性的。然而，結晶材料的刻蝕可能是各向同性，也可能是各向異性的，它取決于反應動力學的性質。晶體材料的各向同性刻蝕常被稱作拋光刻蝕，因為它們產生平滑的表面。各向異性刻蝕通常能顯示晶面，或使晶體產生缺陷。因此，可用于化學加工，也可作

5、為結晶刻蝕劑。一、結晶材料的刻蝕單晶硅和砷化鎵可分為長程有序和短程有序兩類，它們的刻蝕可能是各向同性的，也可能是各向異性的。借助于直接化學溶解可以刻蝕結晶材料。對于氣相的情況，提高溫度是一種最普通的做法，如在外延生長之前，半導體表面的制備就是這種情況。典型的刻蝕劑是鹵素及其化合物。對于硅的預先外延刻蝕，多使用HCl和SF6，而砷化鎵則使用HCl。半導體的低溫刻蝕常用濕法化學刻蝕。首先使它們氧化，然后通過化學反應而使氧化物溶解。在同一種刻蝕溶液中，由于混有各種試劑，所以這兩步是同時進行的。氧化的化學原理與陽極氧化是相同的。然而，刻蝕過程陽極和陰極不能由電池明確地確定，因為半導體表面上各點會無規則

6、地表現出局部陽極化和陰極化。氧化作用來自這些局部電解電池的作用，并產生相當大的刻蝕電流，其電流強度可超過100Acm2。在一段時間內，局部面積(大于原子尺度)既起陽極作用又起陰極作用。如果兩者作用的時間粗略相等，刻蝕就均勻；相反，就發生選擇性刻蝕。半導體表面的缺陷特性、刻蝕液的溫度、刻蝕液的雜質，以及半導體刻蝕液表面的吸附過程等因素，對確定刻蝕液的選擇性和刻蝕速率方面都起重要作用。 氧化物的形成使半導體表面上出現了阻擋層，阻止進一步的氧化。因此，需要加入另一種化學物質，使氧化物成為可溶于水的化合物或絡合物?？蛇x用的化學物質相當多，除含有CN和NH4基的鹽外，酸和堿也可用。氫氟酸對硅的刻蝕最常用

7、。砷化鎵系列則常使用硫酸、磷酸和檸檬酸或者氫氧化銨作刻蝕劑。二、硅的濕法刻蝕硅的刻蝕最普通使用的刻蝕劑是HNO3、HF和醋酸的混合物溶液。其陽極反應式為Si十2h+Si2+Si2+與(OH)結合成Si2+十2(0H)Si(OH)2而氫氧化硅再分解生成氧化硅和氫氣，即Si(OH)2SiO2十H2氫氟酸可溶解二氧化硅，其反應式為SiO2十6HFH2SiF6十2H2O攪拌可使復合物H2SiF6離開硅片附近。因此，這種反應稱為復合反應。在陽極氧化中，Si十2h+Si2+所要求的空穴由電池供應。在硅刻蝕的反應中，空穴由局部陰極的NO2的還原反應產生，這種反應稱為自動催化作用，因為其中的一些反應產物促進了

8、本身的反應。當少量的HNO2雜質出現時，其連續反應過程如下：HNO2十HNO3N2O4十H2ON2O22NO22NO2 2NO2十2h+2NO2十2H+2HNO2最后這反應式產生的HNO2，再按第一個反應式開始進行反應，使這個過程被催化。這些反應的首要問題是受速率限制。水可以作這種刻蝕液的稀釋劑，但采用醋酸更好，因為醋酸的介電常數(615)比水的介電常數(81)小得多。醋酸作稀釋劑，可使硝酸分解得更少，而末分解物質的濃度更高。與水相比，醋酸在更廣的范圍內仍可保持硝酸的氧化能力。因此，刻蝕液的氧化能力在其使用期間可維持恒定，這在集成電路制造中是十分重要的。 整個刻蝕過程以HNO3自動催化的誘發期

9、開始。在誘發期之后，便是HNO2的陰極還原作用，它不斷地提供空穴參加反應。氧化產物在氫氟酸中起反應，形成可溶的復合物H2SiF6。所有這些過程在簡單的刻蝕混合物內產生。整個反應為：Si十HNO3十6HFH2SiF6十HNO2十H2O十H2三、砷化鎵的濕法刻蝕對于砷化鎵，已研究出各種各樣的刻蝕方法。然而，這些方法中很少是真正各向同性的。這是因為Ga(111)面和As(111)面的表面活潑性很不相同。砷晶面上，每個原子有兩個不飽和鍵。雖然表面層有某些再排列的過程，但與鎵表面相比仍然有更大的活潑性，因而刻蝕速率大。結果，多數刻蝕劑在砷晶面上形成了拋光面，而對鎵晶面的刻蝕則慢得多，而且會顯出表面特征和

10、晶體缺陷的傾向。因此，被刻蝕的Ga(111)面的外表面會發霧或結霜。當半導體浸入電解質時，原來分開的費米能級在界面處拉平，電子電荷從半導體轉移到電解質，其反應式為GaAs十6h+Ga3+十AS3+Ga3+和AS3+離子與電解液中的(OH)離子反應，生成氧化物Ga2o3和As2O2。氧化物在酸和堿中分解，由于酸和堿是刻蝕劑的一部分，因而形成可溶性的鹽和復合物。 砷化鎵最早的刻蝕液是在甲醇中加入低濃度的溴。(OH)離子由甲醇提供，溴有雙重作用，它既是強氧化劑，又可使氧化產物分解形成可溶的溴化物。Br2CH3OH刻蝕液使用的濃度范圍很寬。濃度低時其刻蝕速率與溴的含量成線性關系。一般來說，在CH3OH

11、中，用體積比為0.05%的Br2就可得到約占.075m/min的刻蝕速率。溴的濃度較高時（達10%），可獲得良好的表面拋光效果。因此，這種配方的刻蝕劑常用于除去切割損傷。Br2CH3OH刻蝕液的刻蝕速率隨晶面的不同而不同，As(111)面刻蝕速率最大，Ga(111)面最小。一般來說，各晶面刻蝕速率的比是As(111)面：Ga(100)面：Ga(111)面3：2：1。用快速刻蝕配方(即溴的含量高)，則有更均勻的刻蝕速率。除Ga(111)面外，Br2CH3OH刻蝕液可用來對所有主晶面拋光。為改善對Ga(111)面的拋光，采用1mL的Br2、20mL的CH3OH和300mL的膠體Si02懸浮液時，其

12、刻蝕速率約為02mmin。許多砷化鎵刻蝕劑都采用強氧化劑H2O2，它與酸、堿的結合可把氧化產物溶解。H2SO4、H3PO4、HNO3、HCl和檸檬酸，以及NH4OH和NaOH都已被應用。 1H2SO4H2O2H2O刻蝕液在很寬的組分范圍內都可使用這種刻蝕液。圖42為0時的等刻蝕曲線。這種刻蝕液的刻蝕速率隨溫度指數而增加，因此室溫的刻蝕速率是圖示值的35倍。H2SO4和H2O2的含量高時相應于圖中的C和D的范圍，此時能產生鏡面。區域A中的組分含有較高的H2SO4及H2O2，其刻蝕速率很大，并產生霧狀的外表面。區域B的配方產生的刻蝕速率很小，而且可以用來刻蝕坑一類的表面缺陷。2H3PO4H2O2H

13、2O刻蝕液磷酸與H2O2相結合是一種與摻雜濃度無關的刻蝕組分。圖63為這種刻蝕液的等刻蝕曲線，并給出四個有意義的區域A、B、C和D。在A、C和D區內，刻蝕速率隨時間而線性變化；而在B區內，刻蝕速率與時間的平方根成正比，這是因為刻蝕劑中H3PO4的濃度高且較粘之故。因此，H2O2擴散到砷化鎵是限制刻蝕速率的因素。在A、B和C區域內，這種刻蝕組分對所有的主晶面有近似相等的刻蝕速率，而對Ga(111)面的刻蝕速率則慢一半。以體積比為H3PO4；H2O2：H2O3：1：50所組成的刻蝕劑，對Ga(111)面產生04mmin的刻蝕速率，對其它主晶面的刻蝕速率為08mmin。在C區，具有一定的各向異性刻蝕

14、。3C3H4（OH）（COOH）3H2OH2O2H2O刻蝕液以醋酸為基礎的刻蝕液包含50(重量)的醋酸水溶液與濃H2O2按體積比為k：1的混合物，可在較寬的組分范圍內使用，其刻蝕速率的范圍也相當大。圖44表示刻蝕速率與k的函數關系?？涛g速率范圍為0.110nms。當k2時，攪動對刻蝕速率相當靈敏。因為刻蝕速率的限制，取決于砷化鎵表面的氧化產物的去除。醋酸對去除氧化物很有效。它對于主晶面的刻蝕速率基本是相同的，而對Ga(111)面的刻蝕速率約為其他晶面的60。4NH4OHH2O2H2O刻蝕液這種刻蝕液可用來刻蝕Ga(111)面，亦可刻蝕其他主晶面。其組成是1mL的NH4OH和700mL的H2O2

15、，對As(100)面、(111)面及Ga(111)面的刻蝕速率約為03mmin。這種配方的刻蝕液可認為是真正的各向同性刻蝕液。然而，改變組分可使其呈現各向異性的特性。相比之下，這種刻蝕液的優點是有效期比Br2CH3OH為長，這對晶片的制備很重要。5NaOHH2O2H2O刻蝕液這種刻蝕液在刻蝕特性上與銨堿配方相似。已證明，1摩爾的NaOH和076摩爾的H2O2組成的刻蝕液對(100)晶面在30時的刻蝕速率約為02mmin，在55時的刻蝕速率可增加到10mmin。四、各向異性濕法刻蝕通過對材料表面層的連續溶解可對半導體進行刻蝕。由于(111)面是密堆積低指數面，因此該面的刻蝕速率最慢。已經發現，當

16、刻蝕受反應速率限制時，上述預測是正確的，因為刻蝕速率低，就不會產生那么多的熱。由擴散限制的刻蝕及快速產生局部溫升的刻蝕，有可能在各個方向上得到均勻的刻蝕。 近年來各向異性刻蝕的研究已集中在對半導體材料的化學加工上。這種方法已被用于分割梁式引線器件及半導體芯片、微波二極管傾斜面的刻蝕、V形槽和垂直槽的刻蝕等方面。擇優刻蝕已成為器件和集成電路工藝的基礎。非電子學應用也需要使用各向異性刻蝕，如油墨噴射印刷機的精密噴嘴的加工。由于111是密堆積面，故該面刻蝕最慢。根據這個理由，100面刻蝕最快，而110面的刻蝕速率處于中間。對硅的刻蝕已證明了這一點，而且對這種材料的各向異性刻蝕都遵循這一準則。 與硅不

17、同，砷化鎵是一種極性半導體，并且在Ga(111)面和As(111)面上有不同的活性。尤其是在砷原子終端的As(111)面有高的反應性，通常比其他面刻蝕得更快。因此，對硅晶面刻蝕快慢的順序總是(100)面、(110)面和(111)面，而(111)面刻蝕最慢。對砷化鎵的刻蝕順序通常是As(111)面、Ga(100)面、Ga(110)面和Ga(111)面。通常硅的很多刻蝕劑都具有很高的各向異性特點，但對于砷化鎵就沒有這種情況。事實上，砷化鏡的刻蝕有時并沒有顯示出上述所列的順序。硅(100)面的各向異性刻蝕的效應如圖45所示。圖中還標出掩模窗口的取向。假設對所有(111)面的刻蝕速率是相同的，則對(1

18、00)與(111)面的刻蝕速率之比，一般大于25。對于這種情況，在某一時間之后，刻蝕出的剖面呈梯形。而最后卻刻蝕出V形槽，如圖65的虛線所示。實際上，在(111)面上的刻蝕速率較小，因此會出現某種程度的鉆蝕。 圖46(a)表示同一種情況的砷化鎵，其各向異性刻蝕的作用是相當不同的，因為Ga(111)面刻蝕最慢，As(111)面刻蝕最快。結果，這個刻蝕剖面對于某一方向呈梯形，并在另一方向有突然下降的尾部。因此，較高指數面不是砷面就是鎵面?？涛g角并不像硅那樣精確到5474。然而，如果對110和110方向切開一個45的窗口，就可獲得一個矩形的刻蝕剖面，如圖46(b)所示。其他取向的砷化鎵和窗口，還可獲

19、得各種各樣更復雜的剖面。下面介紹硅和砷化鎵的各向異性刻蝕及其刻蝕特性。1 硅的濕法刻蝕硅通常使用的各向異性刻蝕液由KOH水溶液或與異丙醇混合組成。一般在80的19(重量)的KOH水溶液中進行刻蝕，刻蝕速率為(110)面：(111)面400：1，在(110)面上的刻蝕速率為059mmin。刻蝕液稀釋會降低這一比率，不過刻蝕速率可以更好地控制。用異丙醇液代替水，能更好地控制刻蝕速率，但為了避免刻蝕過程中酒精的蒸發。需要一個冷凝裝置。聯氨和水組成的刻蝕液已用于集成電路V形槽的各向異性刻蝕?？涛g液的組分為100g的N2H4和50mL的水，使用溫度為100。這樣，對(100)面的刻蝕速率為3mmin，對

20、(111)面的刻蝕速率約為03mmin。由乙二胺、鄰苯二酚和水的混合物(EPW)組成的一系列刻蝕劑都可用于硅的刻蝕。其典型配方由17mL乙二胺、3g鄰苯二酚和8mL水組成，在110時各晶面的刻蝕速率為(100)：(110)：(111)50：30：3mh。降低刻蝕液的水含量，可使刻蝕速率減小。同樣，可用聯氨代替乙二胺作為溶劑。EPW刻蝕劑通常在接近沸點時使用。因此，刻蝕必須在冷凝裝置中進行。溫度低時，刻蝕速率較小，可用于多晶硅的細線刻蝕。有時在EPW溶液中加入催化劑(二氮雜苯或重氮化合物)，對某些EPW配方有雙倍的刻蝕速率。2砷化鎵的濕法刻蝕對于砷化鎵拋光刻蝕劑，幾乎全部都顯示出一定的各向異性刻

21、蝕。同時，由于砷化鎵有極性，故各向異性刻蝕通常不像硅那樣具有選擇性。溴和甲醇在某種程度上顯示出各向異性的性能。1(重量)的溴溶液與甲醇混合，對各晶面的刻蝕速率比為As(110)：As(111)：Ga(100)：Ga(111) 6：5；4：1。這種組分對(110)面的刻蝕速率約為1mmin。NH4OHH2O2H2O刻蝕液也具有各向異性刻蝕的能力。由NH4OH：H2O2：H2O20：7：973組成的刻蝕液，對各晶面的刻蝕速率為Ga(111)：As(100)：As(111)0037：012：02mmin。上述兩種刻蝕液的缺點是它們會破壞光刻膠。因此，必須使用SiO2掩模。含有磷酸的刻蝕劑就沒有這個問

22、題，而且磷酸也有很好的刻蝕性能。H3PO4H2O2H2O刻蝕液可以像各向異性刻蝕劑一樣，在圖43中的C區使用。體積比為1：9：1的組分對各晶面的刻蝕速率為As(110)：As(111)：Ga(100)：Ga(111)5：42：3：1.5min。C3H4（OH）（COOH）3H2OH2O2H2O刻蝕液也可使用光刻膠掩模。這種刻蝕劑對高k值(參見圖44)有極好的性能(k值超過10)?？傊?，對砷化鎵尚未有十分滿意的拋光刻蝕液。但是，多數配方都有一定程度的各向異性刻蝕能力。一般來說，低刻蝕速率的組分比高刻蝕速率的組分有更好的各向異性。為了增強刻蝕劑的各向異性的特性，常在低溫中進行刻蝕。五、結晶學刻蝕結

23、晶學刻蝕可以顯示位錯與半導體表面相截的區域。位錯與有關的應力場一起存在于原材料中，也可在摻雜耦合和氧化生長等誘導過程中產生。位錯位表面勢產生高度的定域化漂移。如果刻蝕速度較慢，并受反應速率的限制，則應有選擇地刻蝕該區域。如果刻蝕速度很快，則會生成大量的熱，使這些定域的變化模糊不清。結晶學刻蝕劑一般采用慢速刻蝕劑，而且常由同一種成分組成(如拋光刻蝕劑)。在使用時常常加入一種或多種重金屬離子，它在刻蝕時極易析出，從而提供刻蝕區域的視覺對比度。 1硅的結晶學刻蝕對于硅，最普遍使用的結晶學刻蝕劑中，達斯(Dash)刻蝕劑具有歷史價值，因為它把材料內的位錯和表面刻蝕的凹槽圖形聯系起來。這種刻蝕需要浸入幾

24、小時才能完全有效。雪特爾(Sirtl)等人利用鉻鹽作氧化劑，又提供了重金屬離子，使這些刻蝕劑在幾分鐘內可刻蝕出凹槽圖形，并已得到廣泛應用。雪特爾刻蝕劑有利于各向異性刻蝕，對硅的(111)面最為有利。通過刻蝕作用可刻出三角形凹槽。塞科(Secco)刻蝕劑是各向同性的，可形成圓形或橢圓形刻蝕槽，對硅(100)面及(111)面是等效的。賴特(Wright)刻蝕劑使用硝酸銅起電鍍劑作用，因此刻出的凹槽更清晰。其刻蝕特性是各向異性的，可用于硅(100)面和(111)面上，其凹槽的幾何形狀提供了有關結晶學取向缺陷的信息。 2砷化鎵的結晶學刻蝕目前已經研究出了砷化鎵用的許多結晶學刻蝕劑。因為砷化鎵有極化性質

25、，能比較容易地識別快速刻蝕的As(111)面和慢速刻蝕的Ga(111)面。這些晶面的刻蝕槽趨于三角形。但在(001)面上的刻蝕槽呈矩形，因為在刻蝕時鎵面和砷面的刻蝕速率不同。顯示(100)和(110)方向的刻蝕凹槽對于砷化鎵特別有用，因為在制作激光器及其他光電子器件時這些面是裸露的。CrO3作為氧化劑與AgNO3和HF一起可作為實際應用的刻蝕液，在65時使用，并要迅速攪拌以便去除半導體表面的殘留物。用于硅的所有結晶學刻蝕劑也可用于砷化鎵。例如，雪特爾刻蝕劑被廣泛用于顯示砷化鎵(100)和(110)方向的刻蝕特性。這種刻蝕劑十分特別，在缺陷位置上形成一些小丘，而不是普通的刻槽。位錯刻蝕在砷化鎵界

26、面的刻鈾及其他化合物半導體的刻蝕中，得到了廣泛應用。其配方為CrO3和AgNO3兩部分組成的AB位錯溶液，用在切口的面上，可以指示出由多層外延而形成的成分變化。向異性刻蝕的刻蝕液也可作凹糟刻蝕。稀釋的溴甲醇組分可在砷化鎵中作凹槽刻蝕，以H3PO4和H2O2為主的刻蝕劑同樣可作凹槽刻蝕。 六、非晶膜的刻蝕在制造集成電路時，需要把不同的薄膜材料腐蝕成各種各樣的圖形。這些薄膜的性質大多是透明、非晶或多晶的材料。它們不是長程有序的。因此，濕法化學刻蝕在性質上通常是各向同性的，即刻蝕劑在掩膜層下面橫向擴展，其擴展的數值大致等于刻蝕的深度。在許多情況下，光刻膠與薄膜的界面存在應力，加上毛細管現象，故在該界

27、面區域經常引起過分的鉆蝕，甚至使光刻膠剝離或撕裂。若薄膜和半導體之間的界面有應力，就可能出現過分的鉆蝕。SiO2Si界面就是一個例子。在氧化物中開窗口的過程，可能導致氧化物硅界面層附近的Si02處發生鉆蝕。在極端情況下，可以導致氧化物層的脫落。如圖47所示，在淺擴散高速晶體管的制造中有時會遇到這一問題。1薄膜材料的刻蝕特點及常用刻蝕劑薄膜材料刻蝕所用的化學物與溶解這一類物體的材料是相同的，其作用是將材料轉變成可溶性的鹽或復合物。對于每種材料，都有多種刻蝕化學物可選用，它們的特性取決于膜的參數(如膜的微結構、疏松度和膜的形成過程)，同時也取決于所提供的前加工過程的性質。它一般有下述特點：(1)膜

28、材料比相應的體材料更容易刻蝕。因此，必須用稀釋的刻蝕劑，以便控制刻蝕速率。(2)受照射的膜一般將被迅速刻蝕。這種情況，包括離子注入的膜，電子束蒸發生成的膜，甚至前工序中曾在電子束蒸發環境中受照射的膜。而某些光刻膠受照射則屬于例外，因為這是由于聚合作用而變得更難刻蝕的緣故。負性膠就是一例。(3)內應力大的膜將迅速被刻蝕。膜的應力通常由沉積溫度、沉積技術和基片溫度所控制。(4)微觀結構差的薄膜，包括多孔膜和疏松結構的膜，將被迅速刻蝕。這樣的膜，?？梢酝ㄟ^高于生長溫度的熱處理使其致密化。致密化的膜的刻蝕速率比一般生長的薄膜要慢。(5)化合物的刻蝕速率更大。氮化硅就是一個很好的例子。(6)混合物膜常比

29、單一成分的膜刻蝕得快。因為一種成分的膜的刻蝕，常常引起薄膜空隙率隨潮濕表面的增加而迅速增加。磷硅玻璃（PSG）就是一個很好的例子。 2SiO2膜的濕法刻蝕在硅和砷化鎵工藝中，SiO2膜廣泛地用作覆蓋層。由復合反應的有關方程得知，SiO2易被氫氟酸腐蝕。實際上，這種反應由稀釋的氫氟酸溶液就可實現。為避免氟化物離子的損失，用NH4F作緩沖劑。NH4F的加入，產生了從控制到流動是一致的刻蝕特性。這個過程減少了氫氟酸對光刻膠的腐蝕。這種刻蝕成分通常稱為“緩沖氫氟酸”刻蝕劑(BHF)。通常BHF經稀釋后才使用，這樣可降低刻蝕速率。其反應動力學原理相當復雜，而且與刻蝕劑中的HF和HF2離子的濃度有關。這些

30、物質的相對濃度與溶液的pH值有關。一般的BHF溶液，其pH值約為3，它幾乎全部由HF2離子組成。熱生長及沉積形成的SiO2膜，都可以在BHF中刻蝕。然而，沉積膜(在350一500時由SiH4生長工藝沉積)的刻蝕率比熱氧化物(在10001200下生長)更快。在450沉積的SiO2膜，在BHF中的刻蝕速率約為300nms，但對干燥的熱氧化物，其刻蝕速率只有90100nms。沉積膜在10001200熱處理15min左右就變得致密，使刻蝕速率降到與熱氧化膜的刻蝕速率相近。3磷硅玻璃(PSG)濕法刻蝕PSG比SiO2有更低的沉積應力，而且能阻擋輕堿離子的擴散。它主要用作硅器件的鈍化層及熱處理前砷化鎵晶片

31、的覆蓋層。在350500下通過SiH4和PH3的同時氧化便可生長PSG。PSG容易在HF和BHF中刻蝕，刻蝕速率隨玻璃中P2O5含量的增加而增加。因為HF刻蝕SiO2，使玻璃變得疏松，P2O5便迅速溶解于水中。一般含8mol的P2O5的PSG，在BHF中的刻蝕速率為550nmmin，而對末摻雜的SiO2，其刻蝕速率約為250nmmin。同一種膜，在1100熱處理致密后，其刻蝕速率大大降低，對PSG來說，刻蝕速率為300nmmin，而對SiO2，則為80nmmin。為使刻蝕特性最佳化，可以使用各種不同的BHF稀釋液。此外，以HF和HNO3混合物為主的刻蝕液稱為P型刻蝕劑，它對SiO2和PSG膜的

32、刻蝕更為有用。P型刻蝕劑的刻蝕速率，隨薄膜的非晶含量而成對數增加。一般末摻雜的熱生長氧化模，其刻蝕速率約為018nms。而通過硅掩模磷擴散后，形成PSG(約16mol的P2O5)的刻蝕速率約為50nms。P型刻蝕劑對去除SiO2層上的磷擴散所形成的PSG尤其有用，但在使用時需要注意：P型刻蝕劑與露出的硅接觸時，會使硅溶解。4混合氧化物的濕法刻蝕混合氧化物包括硼硅玻璃(BSG)，ZnOSiO2和SnO2SiO2，它們都可作為摻雜源。BSG可作為硅的P型摻雜氧化物源，而ZnOSiO2和SnO2SiO2則分別作為砷化鎵的P型和N型摻雜源。它們的生長是在350450C下通過SiH4和適量的摻雜氫化物或

33、烷基(分別是乙硼烷、二乙基鋅和四甲基錫)的同時氧化而進行的。因為SiO2是主要成分，因此可用HF和BHF對它們刻蝕。在刻蝕過程中，SiO2溶于HF中，使膜的結構變得疏松，因而對分解更敏感。摻雜氧化物常用稀釋的BHF作刻蝕劑。一般來說，刻蝕速率隨B2O3含量而增加，但有時在刻蝕BSG膜時可觀察到一些反常的現象。當加有掩模的硅片進行硼摻雜時，會形成一薄層BSG。要去除這層薄膜，可使用一種稱為R型刻蝕劑或S型刻蝕劑的刻蝕方法，即可留下底層的SiO2。這兩種刻蝕劑都是由P型刻蝕劑的配方改進而來的，它在去除BSG薄層的能力方面，其速率比P型刻蝕劑約快56倍。5氮化硅的濕法刻蝕氮化硅(通常寫作SiN)是一

34、種惰性的致密材料，它對于鈉和鎵是一種極好的擴散阻擋層。為此，它被廣泛用作硅集成電路的保護層，也可作為離子注入后砷化鎵退火時的覆蓋層。它的保護特性一般優于SiO2和PSG。然而，在氮化硅上刻蝕圖案較困難，并在很大程度上取決于其生長工藝。SiN膜可用HF和BHF刻蝕。然而，即使升高溫度，刻蝕速率也極低。此外，在刻蝕時光刻膠也會受到損壞。一般來說，CVD(SiH4-NH3工藝)生長的SiN膜的刻蝕速率是生長溫度的函數。在800生長的SiN膜，濃HF對它的刻蝕速率約為100nmmin，而在1100生長的膜則降低到14nmmin。SiN膜在BHF中的刻蝕速率更低，如在1100生長的膜，其刻蝕速率約為05

35、15nm/min。在氮化物和光刻膠之間沉積一層鉬作二次掩模，可避免光刻膠受破壞。用正常的光刻工藝可以刻蝕這層鉬膜，并可得到邊緣輪廓清晰的圖形。光刻膠被剝去之后，鉬膜就成為氮化硅層的刻蝕掩模。SiO2膜上的覆蓋層常使用氮化硅。若碰到這種情況，HF和BHF就不能使用。因為HF和BHF都能溶解SiO2，從而造成嚴重的鉆蝕。因此，通常以沸騰的H3PO3來代替，并使用回流蒸發器避免刻蝕劑成分發生變化。一般來說，用CVD技術生長的SiN膜，其刻蝕速率約為10nmmin，而熱生長的SiO2的刻蝕速率約為12nmmin。在相同條件下，硅的刻蝕速率小于03nmmin。因此，這種工藝可用在硅表面暴露的場合。圖48

36、為這三種膜的刻蝕速率比較曲線。在許多情況下，必須以同樣的速率刻蝕相繼的SiN和SiO2層，如MNOS(金屬氮化物氧化物半導體)場效應管的柵氧化層的刻蝕便是這樣。在80一90的HF和甘油的混合物中，通過調節混合物的濃度就可提供相等的刻蝕速率。一般來說，HF的濃度為13molL，并在80下約以10nmmin的相等速率刻蝕SiO2和CVD的SiN膜。SiN膜的刻蝕速率對于少量氧的摻入極其靈敏。一般情況下，SiN在HF和BHF中的刻蝕速率隨氧的含量而增加，而SiN在H3PO4中的刻蝕速率卻因氧的摻入而減少。通常在1000生長并含有7的SiO2的SixOyNz膜，在濃HF中的刻蝕速率為35nmmin，而

37、對于含50SiO2的膜，其刻蝕速率可高達500nmmin。此外，應該注意到，在低溫下通過等離子體增強CVD生長的SiN膜合有大量的氫。因此，其刻蝕速率比普通工藝生長的要快。6多晶硅和半絕緣多晶硅的濕法刻蝕用來刻蝕硅的刻蝕劑，也可用來刻蝕摻雜和末摻雜的多晶硅。它們的刻蝕速率相當快，以致使薄膜圖形的邊緣不清晰。然而，對于多晶硅，可以適當改進刻蝕劑。通常是降低HF的含量，提高HNO3和HF的比率，增加稀釋劑。用這種配方的刻蝕劑，對末摻雜膜的刻蝕速率約為150750nmmin。對于摻雜薄膜的刻蝕速率，在很大程度上取決于晶粒尺寸和摻雜濃度。半絕緣多晶硅(SIPOS)是生長硅時進行氧摻雜而形成的，因此它可

38、以在稀釋的BHF液中刻蝕。這種刻蝕劑可以溶解其中的SiO2。SIPOS膜的刻蝕速率，主要取決于摻入膜中的氧的合量。通常膜中的合氧量約為20，而稀釋的BHF對這種膜的刻蝕速率約為200nmmin。7硅化物薄膜的濕法刻蝕在濕化學法刻蝕中，硅化物的刻蝕是極困難的。雖然有幾種刻蝕劑是可用的，但刻蝕速率極慢，而且刻蝕劑也會損壞光刻膠膜。因此，必須使用輔助掩模。通常需要使用等離子體輔助刻蝕的方法刻蝕硅化物。8金屬薄膜的濕法刻蝕在集成電路的制造工藝中使用了各種各樣的金屬膜。金屬膜應包括歐姆接觸膜、肖特基阻擋層和導電金屬布線。此外，金屬膜在硅和砷化鎵集成電路中還可作為多層金屬系統的擴散阻擋層。 (1)鋁的刻蝕

39、鋁是最重要的金屬，可用于歐姆接觸肖特基阻擋層和連接引線。鋁的刻蝕可采用各種酸性成分的刻蝕劑，使用最普通的是以H3PO4和HNO3混合物為主體的刻蝕劑。由于HNO3會刻蝕砷化鎵，所以砷化鎵上的鋁的刻蝕應采用以HCl和水為主體的刻蝕液。 (2)金和銀的刻蝕金可作集成電路的梁式引線和用于多層連接系統，也可在砷化鎵集成電路中作肖特基阻擋層和歐姆接觸的金屬。金可用王水刻蝕，但不實際，因為王水可損壞大多數光刻膠和金屬掩模。金的刻蝕通常采用Kr(氪)和I2(碘)在水中的稀釋液。使用這種刻蝕劑可用光刻膠作掩模。但是，這種刻蝕劑不透明，所以在加工過程中必須邊觀察邊漂洗。金的刻蝕也可采用其他刻劑，但它們大多含有有

40、毒氰化物。對于n型砷化鎵，銀和金一樣，可作阻擋層而用于肖特基器件。銀鈦結合還可用于多層金屬布線。與金不同的是，銀在酸性和堿性刻蝕劑中容易被刻蝕。 (3)鉻的刻蝕鉻與金結合可用于金屬布線和歐姆接觸，鉻也可作為硬表面的光掩模。鉻的特征是表面有一層薄氧化物鈍化層，故在刻蝕之前，必須先破壞這一鈍化層。鈍化層的去除，可通過薄膜與某些正電性的金屬線(如鋁和鋅)瞬間接觸能放出氫的方法來完成，然后在許多種酸液中刻蝕這層薄膜。4)鉬和鎢的刻蝕這兩種金屬可作硅MOS器件的難熔金屬柵及用于砷化鎵的肖特基二極管中。鉬鎢都有多種效果良好的刻蝕劑。 (5)鉑和鈀刻蝕鉑和鈀在砷化鎵器件中可作肖特基阻擋層和歐姆接觸。將這些金

41、屬沉積并經熱轉變成硅化物，便可用來制作淺結硅器件的肖特基阻擋層及歐姆接觸。在應用時，熱處理后接著應去除末反應的金屬。由于鉑的硅化物與王水不起反應，故可用“稀”王水去除鉑。而鈀則可以在許多不同的溶液中刻蝕。 第二節 等離子體刻蝕 等離子體化學，可認為是部分電離氣體(包含離子、電子和基團)中的化學反應。在11000Pa的壓強下，利用高頻放電很容易得到電離物質。放電中的自由電子從電場中獲得能量，而在與氣體分子的碰撞中又損失其能量。電子通過與分子的彈性碰撞或非彈性碰撞，把能量傳給了分子。彈性碰撞只傳輸了極少量的能量，因為電子和分子的質量比極小(10-5)。非彈性碰撞可以傳輸很大一部分能量給分子，而使分

42、子激發。這一過程產生了活性亞穩態粒子。例如，在相當簡單的氧等離子體中，已經確定有29種不同的反應。這種等離子體的特征是氣體分子和電子之間不存在熱平衡，典型的電子溫度為10000K，而氣體的溫度卻只有50100。等離子體中電子的濃度很低，約為1091012cm3的數量級。因此，等離子體可看作是在相對冷的介質中活性粒子的集合。正是這些活性粒子及其特性，才能使等離子體應用于刻蝕中。 典型的等離子體刻蝕系統如圖49所示。它由一個高頻激發的石英反應室構成?？捎谜婵毡冒逊磻业臍鈮撼榈剿蟮膲簭姟Ｒ环N或多種氣體的混合氣，通過可調閥充入反應室中，而反應產物則由真空泵抽除。在此系統中的等離子體刻蝕主要是由活

43、性化學物質起作用的，但電子轟擊和離子轟擊也同樣發生，其結果將導致濺射而使表面受污染、輻射損傷以及造成基片上深淺不同的刻蝕。實際上，只要把基片放在一個導電的網內，整個系統就能得到很大的改善。由于導電網的屏蔽作用，便使基片不受轟擊。此外，還可以消除基片受到不均勻電場的影響。否則，由于局部受熱會使基片的刻蝕不均勻。當反應物質的壽命足夠長時，可使它們從等離子體區擴散到隧道加工室。其效果特別好。 當利用等離子體刻蝕使圖形從一層轉移到另一層時，刻蝕的均勻性就成為最重要的考慮因素。圖49(b)是一種新的隧道式反應器，它裝有多個氣體入口，使刻蝕的均勻性得到一定程度的改善。當刻蝕速率較慢、反應器負荷較輕、基片間

44、距較大時，基片刻蝕的均勻性可達3。當刻蝕速率太高和基片之間靠得太近時，反應劑物質的擴散就會成為限制因素，可使刻蝕的不均勻性增大10倍。另一種等離子體的刻蝕方法是采用平板電極的反應器，如圖410所示。在這種反應器中，基片的放置與氣流垂直，故可得到更好的刻蝕均勻性。由于基片處于等離子體中，便充分利用了活性物質。同時，基片也垂直于高頻(RF)電場，使所有離子的運動更有方向性。這樣，刻蝕便具有良好的各向異性。當化學活潑物質和迅速運動的粒子同時存在時，基片材料的脫附便大大增加，從而產生良好的刻蝕效果。這種類型的等離子體刻蝕稱為反應離子刻蝕。等離子體刻蝕的優勢(1)干法刻蝕加工避免了由于液態刻蝕劑的毛細管

45、現象而引起的光刻膠的鉆蝕問題。采用平板反應器，由于其機理是動量的遷移而使材料去除，所以能得到各向異性的刻蝕效果。(2)作為刻蝕劑的氣體，其用量很少，因此污染也很少。雖然有些氣體有毒或易爆炸(如CO和O2)，但因用量很少，故處理也較容易。(3)對一種或多種反應物或排除物進行光譜監控時，便可指示刻蝕的終點。(4)等離子體加工可實現自動化，可采用盒式裝片、自動抽氣和真空鎖輸送等先進方法。一、光刻膠的去除等離子體技術最先用于集成電路加工，主要是去除已曝光的負性光刻膠。傳統的去膠方法是濕法，它主要有兩種。一種是把光刻膠放在熱氧化劑(如H2SO4H2O2混合物)中進行處理，即所謂“燒去法”；另一種是把光刻

46、膠浸泡在熱的碳氫氯化物的混合物(如三氯乙烯、氯苯等)中，使光刻膠泡脹而從基片脫落。濕法刻蝕需要大量有腐蝕性的化學藥品，并會損傷底層的薄膜，特別是容易損傷金屬布線。因為金屬膜較柔軟(如金和鋁)，而且易受酸和堿的腐蝕(特別是鋁)。在VLSI中，由于需要很細的線條，故不能采用濕法刻蝕，只好利用等離子體去膠技術。等離子體去膠亦稱為等離子體“灰化”。通常是把涂有光刻膠的基片置于氧等離子體中并采用隧道式反應器。在4050便可使光刻膠氧化或“燒去”，而起主要作用的是氧的游離基O*，其反應產物有CO、CO2和H2O。加于等離子體的高頻功率約100300W，對于涂有厚為1m光刻膠的基片的處理時間為510min。

47、光刻膠的去除速率取決于氣體的壓強及流量、高頻功率、基片溫度和每次去膠的基片數目。去除光刻膠的過程受擴散過程所控制，因此去膠速率與基片之間的間隙和基片直徑有關。刻蝕速率在基片的周邊較快，而在基片的中心較慢，就是因為受擴散過程所限制的緣故。由于光刻膠下面的材料(如硅、砷化鎵、鋁、金、二氧化硅和氮化硅等)幾乎不受等離子體的作用，所以等離子體去膠可進行得很徹底，可使光刻膠被全部除凈，而下面的薄膜材料卻無任何損傷。利用近代的光刻膠，不會在基片上留下任何殘留物，所以清洗的工作量很少，可將其立即用于后一工序。等離子體刻蝕或等離子體輔助處理的一個共同問題是輻射損傷，它會導致低閡值MOS器件柵氧化物層具有快界面

48、態。利用隧道反應器的屏蔽裝置，或者在300400進行退火可減少這種損傷，但對于氧化物的這種損傷卻難以完全消除。慢界面態也可能產生，特別是當等離子體刻蝕的時間太長時更容易發生。其主要原因是輕的堿金屬離子由光刻膠進入氧化物層中。一般只能通過高溫加熱才能將其除去。在MOS電路中，柵氧化層上的除膠一般不采用等離子體除膠法，但用等離子體方法為金屬柵除膠則沒有這樣的問題。 等離子體對硅的清潔處理十分有效，它可以除去硅表面上的有機化合物污染，這在隨后進行的干法熱氧化中可產生高質量的柵氧化層，也可除去等離子體清洗產生的損傷層。砷化鎵在沉積金屬膜之前，是不希望用等離子體進行清潔處理的，因為砷化鎵的選擇性濺射會形

49、成砷空位，這就增大了漏電電流并降低了理想化系數。 二、刻蝕的負載效應在等離子體反應中，控制刻蝕速率的加工參量可以用實驗的方法作優化處理。從實驗中發現，刻蝕的速率與放入基片的數量有關，準確地說是與基片的總面積有關。當刻蝕的面積較小時，刻蝕速率增大；而當刻蝕面積較大時，便要增加刻蝕時間。硅和氮化硅在CF4等離子體中的刻蝕實驗結果在圖411所示。圖中的刻蝕曲線說明了負載效應的現象。 三、圖形的刻蝕把圖形轉移到下層薄膜的刻蝕工藝要比等離子體除膠困難得多。如果用光刻膠圖形作掩模，則要求光刻膠不受等離子體的刻蝕或受刻蝕的速率要比下層薄膜低得多。若不能這樣，則需要附加一掩模層，使圖形先轉移到附加層上，再由附

50、加層作掩模。當然，附加層的材料是不受等離子體刻蝕的。因此，在圖形刻蝕過程中，選擇性刻蝕是很重要的考慮因素。此外，刻蝕的均勻性也十分重要，必須控制鉆蝕的影響。所以在VLSI制造中常用反應離子刻蝕的方法，因為這種方法可以把定向的離子轟擊和活性物質的反應結合起來，從而產生幾乎無鉆蝕的各向異性的刻蝕效果。最常用的薄膜(包括硅和砷化鎵)在氧等離子體中都不被刻蝕。因此，為了刻蝕這些材料，已研究了各種新型的刻蝕劑及其混合物。選擇性的刻蝕特性是十分重要的，并已受到極大的重視。1氟化物刻蝕圖形的機理硅及其化合物薄膜的圖形刻蝕，與硅和砷化鎵的加工工藝相似。這些薄膜包括多晶硅、SiO2、PSG、摻雜SiO2和Si3

51、N4，它們可用含氟的物質進行刻蝕。已對多種氟化物進行研究，如CF4、C2F6和C3F8等。其中CF4應用最為廣泛，因為它十分穩定。在等離子體中，CF4的反應如下： e-+CF4CF3+F*+2e-氟游離基F*是主要的活性物質，它可刻蝕硅而轉化為穩定的氣態物質SiF4 。另外，CF3+2具有很強的還原特性，在刻蝕SiO2中起重要作用，因為它可使SiO2還原為SiO。氮化硅的刻蝕是與F*直接反應而實現的，即 12 F*+Si3N43 SiF4+2N2若在CF4 中加入110(體積)的氧會使氟原子的數量迅速增加，這是由于原子氧或分子氧與CF3+反應的結果。在反應中也會產生CO。由圖412可見，氟的輻

52、射波長為704nm，CO的輻射波長為482nm。圖中同時給出硅的刻蝕速率，其變化趨勢與氟輻射強度的變化一致。 2用CF4-O2等離子體刻蝕圖形硅化玻璃薄膜通常由SiH4 和PH3、B2H6或者AsH3的熱氧化處理而成。這種薄膜在CF4 O2等離子體中可以迅速被刻蝕，刻蝕速率與玻璃膜生長的溫度(450650)無關，也與CF4等離子體的氧含量(66以下)無關，但是刻蝕速率隨玻璃中摻雜劑的增加而成線性增大。對于重摻雜氧化物(1021摻雜原子cm3)，在CF4-O2等離子體中的刻蝕速率，是CVD法制備的無摻雜SiO2的210倍。氮化硅亦可在CF4-O2 等離子體中刻蝕，其刻蝕速率比SiO2稍高些。在C

53、F4-4O2的等離子體中，各種膜的典型刻蝕速率之比為SiSi3N4SiO2AZl3501732.51。利用CF4 等離子體刻蝕PSG或Si3N4保護層上的窗口，是相當簡單的。原因是鋁不為氟等離子體所刻蝕，因為反應產生的氟化鋁膜非常致密而且不揮發，可防止鋁被進一步刻蝕。在硅上的氧化物或氮化物膜上刻蝕一個窗口，卻是很困難的事。因為硅的刻蝕速率比SiO2快310倍，所以必須很小心控制這一刻蝕步驟，才不會刻蝕薄膜下面的硅?？梢酝ㄟ^監視氟輻射譜線的強度的方法，確定是硅或者是SiO2被刻蝕。另種方法是，通過控制刻蝕氣體中氧的含量來改變加工的選擇性。氧的變化會相應引起CF3+和F*的量的變化。隨著CF3+的

54、增加SiO2的刻蝕速率也增加，而硅的刻蝕速率則受到F*的影響。這種方法的主要問題是當氧的含量超過8時，光刻膠的刻蝕速率會迅速增加。 3用CF4-H2等離子體刻蝕圖形還有一種方法是利用CF4-H2等離子體刻蝕圖形。H2加入CF4中會產生如下的輔助反應： 2F*+ H22HF這使系統的氟濃度降低，因而硅的刻蝕速率也降低。采用這種方法，SiO2Si的刻蝕速率之比可達35。這種方法的另一個優點是等離子體中沒有氧，故對光刻膠無刻蝕作用。圖413為光刻膠，SiO2和Si的刻蝕速率與等離子體中氫的濃度的關系。 由于上述反應中產生的HF在排氣處理過程中會產生嚴重的污染，因此采用了合氟量較少的C3F8。這種方法

55、可得到SiO2Si的刻蝕速率之比為56，并大大減少了污染。利用這種刻蝕劑的等離子體刻蝕，只限于平板反應器，因為反應性物質的復合時間非常短。 離子輔助刻蝕加工的各向異性的特性，可以從SiO2掩模層和硅在CF4等離子體的刻蝕中看到。SiO2的刻蝕取決于CF3+離子。在平板反應器中有很明顯的各向異性，但是硅的刻蝕主要取決于中性的氟游離基F*，其傳輸過程由擴散所控制，其刻蝕的剖面如圖414所示。4鋁和砷化鎵的等離子體刻蝕用O2或者CF4O2等離子體來刻蝕鋁是不可能的，因為生成的氧化物或氟化物非常致密且不揮發。鋁的刻蝕可用氯或其化合物，其活性物質為Cl+、C1+2和C1*。用CCl4氣體可產生游離基CC

56、l3*和C1*，即 CCl4CCl3*+ C1*CCl3*具有很強的還原能力，可用來破壞氧化鋁表面層，而金屬鋁則被氯刻蝕而生成揮發性的氯化鋁。 用等離子體產生活性氯基的一個主要問題是活性氯基的再復合時間非常短，所以刻蝕應該在平板反應器中進行。因為基片可放在最靠近等離子體的位置上，如圖410所示。砷化鎵在氧或CF4等離子體中也不能刻蝕，因為氟化物是熔點很高的固體，所以砷化鎵上面的PSG或Si3N4覆蓋層，很容易利用CF4-O2等離子體刻蝕?？捎寐鹊入x子體刻蝕砷化鎵，刻蝕氣體常用CCl4 、HCl或C12?？涛g必須在平板反應器中進行，因為活性物質的壽命很短，而且利用平板反應器中離子的定向轟擊，有助

57、于去除表面的碳而增強刻蝕的效果。難熔金屬，如鉬、鎢、鈦和鉭等的刻蝕，可采用CF4或CF4-O2等離子體。它們的刻蝕速率相近，約為1015nmmin (高頻功率為100W)；它們的硅化物亦可以用CF4-4O2等離子體刻蝕。四、用于干法刻蝕中的終點檢測近幾年來，隨著超大規模集成電路的發展，對微細加工不斷提出更高的要求。在干法刻蝕中，影響刻蝕質量和重復性的因素很多，如刻蝕氣體的組分、流量、壓強、射頻功率、 反應器的起始溫度、芯片的幾何圖形、刻蝕層的厚度和成分，以及不可忽視的殘余氣體等。它們不同程度地影響刻蝕特性。要精確控制這些因素使其達到所需的要求是極為復雜和不現實的。但是，可將上述各種因素的作用歸

58、結到對刻蝕終點的影響上。用終點檢測來控制工藝以達到所需的要求，是一種簡單可行的方法。所謂終點檢測法，就是應用某種測試手段實時檢測刻蝕中樣品和等離子狀態等變化的方法。 在干法刻蝕中，終點檢測的方法很多，歸納起來有幾種：發射光譜法、激光干涉測定法、質譜測定法、阻抗監視法、朗謬爾探針法，以及壓強監控法等。其中發射光譜法是一種有實用價值的重要方法。發射光譜法作終點檢測的基本方法(1)測量并記錄刻蝕氣體的發射光譜；(2)觀測刻蝕過程中的等離子體發射光譜；(3)從發光光譜中進行原子、分子等的識別，找出參與刻蝕的粒子和刻蝕所生成的粒子；(4)比較兩種情況下的光譜，從中找出哪些對刻蝕過程敏感的譜線(或譜帶)作

59、為檢測信號，通過測繪該譜線的發射強度隨刻蝕時間的變化，作出終點檢測特性曲線，并根據曲線的變化趨勢而定出終點來。氧等離子體去膠，多晶硅、二氧化硅、氮化硅等干法工藝中都采用了終點檢測的方法。它是一種檢測反應物或生成物的譜線強度隨時間變化的方法。第三節 微細加工中的清洗工藝半導體晶片都要經過切片、研磨、拋光、包裝等物理處理。這一處理過程會帶來大量的分子污染，它包括空氣中的細菌、油脂、油泥、磨料的粉末(如碳化硅、氧化鋁和金剛砂粉等)和來自包裝容器的增塑劑等等。晶片清洗的第一步是除去這些污染物。常用的方法是用熱有機溶劑(如三氯乙烯或二甲苯)加上機械刷洗、超聲波攪拌或者壓縮氣體噴射。在晶片上也可能出現離子

60、污染，這主要是由于清洗不適當、刻蝕過程或金屬布線工藝所引起的。這些離子(常為輕離子，如鈉、鉀)是刻蝕劑的痕量雜質，通過物理吸附或化學吸附在晶片表面上。MOS集成電路對輕金屬離子的污染特別敏感，因為這些污染造成閾值電壓的不穩定。用熱的去離子水沖洗數分鐘可去除這些離子中的大部分。但是，如果要完全除去這些污染物，則必須與半導體表面進行化學反應以形成可溶性的反應產物，并將其沖洗清除。為此，用HCl進行處理是十分有效的。重金屬雜質的污染物也會出現在半導體表面上，這主要是在器件制造過程中刻蝕劑的殘留物。在大多數“電子”級純度的化學試劑中，通常含有Au、Ag、Cu、Fe和Ni等雜質。雖然其含量只有幾個ppm