在半導(dǎo)體制程工藝中,有很多不同名稱的用于移除多余材料的工藝,如“清洗”、“刻蝕”等。如果說“清洗”工藝是把整張晶圓上多余的不純物去除掉,“刻蝕”工藝則是在光刻膠的幫助下有選擇性地移除不需要的材料,從而創(chuàng)建所需的微細圖案。
一 半導(dǎo)體材料的清洗工藝
材料的清洗工藝是利用不同清洗試劑和不同的物理方法將半導(dǎo)體材料表面多余的物質(zhì)去除,得到所有表面潔凈的半導(dǎo)體制程。SZFEAT(富怡達或富一達)在半導(dǎo)體清洗制程提供的設(shè)備有全自動超聲波清洗機、噴淋刷洗設(shè)備、自動脫膠清洗機等精密清洗設(shè)備。
清洗工藝分為化學(xué)清洗和物理清洗兩大類型?;瘜W(xué)清洗又分為酸清洗、堿清洗、水清洗、有機清洗等各類;物理清洗又分為:超聲波清洗、噴淋清洗、擺動清洗、刷動清洗、旋轉(zhuǎn)清洗等方式。SZFEAT(富怡達或富一達)精密清洗裝備結(jié)合上述清洗方式,進行優(yōu)化組合,形成特色,且可按用戶需求,按不同清洗方式定制適合不同場景使用的清洗設(shè)備。
二 半導(dǎo)體材料的刻蝕工藝
材料的刻蝕工藝就是結(jié)合物理和化學(xué)方法以形成微細圖案的半導(dǎo)體制程工藝的核心。刻蝕雖然不能像光刻機一樣,直接繪制精密的圖形,但可通過調(diào)節(jié)氣體比例、溫度、電場強度和氣壓等各種參數(shù),使晶圓的數(shù)千億個晶體管具有相同的圖形。
刻蝕分為濕刻蝕和干刻蝕。濕刻蝕的優(yōu)點是刻蝕速率相當快,且只采用化學(xué)方法,所以“選擇比”較高。但其問題是只能進行等向性(Isotropic)刻蝕。干刻蝕則泛指采用氣體進行刻蝕的所有工藝,即在晶圓上疊加光刻膠“模具”后,將其裸露于刻蝕氣體中的工藝。干刻蝕可分為等離子刻蝕、濺射刻蝕和反應(yīng)性離子刻蝕。與濕刻蝕不同,這些干刻蝕工藝采用各種不同的方式來刻蝕材料,所以,可以一目了然地說明非等向性和等向性刻蝕的特點。例如,采用化學(xué)反應(yīng)的干刻蝕為等向性刻蝕,采用物理反應(yīng)的刻蝕則為非等向性刻蝕。最近,隨著RIE(非等向性高、刻蝕速率高的一種干刻蝕方法)成為主流,干刻蝕具有非等向性的認識已成了一種共識。
按材料區(qū)分,刻蝕工藝方法大致可分為化學(xué)方法和物理方法兩種
化學(xué)方法就是采用與指定材料易反應(yīng)的物質(zhì)進行化學(xué)反應(yīng)。光刻膠下面有許多要去除的物質(zhì),如在氧化工藝中生成的氧化膜或在沉積工藝中涂敷的一些其他物質(zhì)等。化學(xué)方法就是采用易與想去除的材料產(chǎn)生反應(yīng),卻不與光刻膠發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì),有針對性地去除材料。當然,根據(jù)要去除的材料,所使用的刻蝕劑(氣體或液體)也不同。常用刻蝕劑有以氟或氯為基礎(chǔ)的化合物等?;瘜W(xué)方法的優(yōu)點是“高選擇比”,可以只去除想去除的材料。
物理方法是借助具有高能量的離子撞擊晶圓表面,以去除材料,這種方法叫濺射刻蝕。該方法先把氣體(主要使用惰性氣體)氣壓降低,再賦予高能量,使氣體分解為原子(+)與電子(-)。此時,朝晶圓方向施加電場,原子就會在電場作用下加速與晶圓發(fā)生沖撞。
這種方法的原理很簡單,但在實際工藝中,僅憑這一原理很難達成目的。低氣壓意味著參加反應(yīng)的氣體量少,刻蝕速率當然就會慢下來。而且,采用物理方法時,會移除較大面積的本不該去除的材料。物理方法采用強行用力刻出材料的方法,發(fā)生沖撞時不會區(qū)分“應(yīng)該”還是“不應(yīng)該”去除的材料。(在后續(xù)介紹沉積工藝的沉積氣體時也會說到濺射方法,大家不妨記住,有助于下文的理解。)
因此,在實際的刻蝕工藝中,我們主要采用將化學(xué)和物理方法相結(jié)合的反應(yīng)性離子刻蝕。它將刻蝕氣體變成等離子,以進行刻蝕。具體而言,這種方法在設(shè)備內(nèi)投入混合氣體后,賦予氣體高能量,使其分解為電子、陽離子和自由基。質(zhì)量較輕的電子基本上起不了什么作用,而在電場中向陽離子施加沖向晶圓方向的加速度,就會發(fā)生物理刻蝕。陽離子具有正電荷,在電場中加速時方向性很強。
近來,以進一步升級光刻機來提高密度的方法已達到了瓶頸。刻蝕工藝的重要性自然更加突顯。CPU和AP等產(chǎn)品中的鰭式場效電晶體就是很好的一個案例。