在半導體制程工藝中,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體材料表面多余的物質去除,得到所有表面潔凈的半導體制程。SZFEAT(富怡達或富一達)在半導體清洗制程提供的設備有全自動超聲波清洗機、噴淋刷洗設備、自動脫膠清洗機等精密清洗設備。
清洗工藝分為化學清洗和物理清洗兩大類型?;瘜W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、旋轉清洗等方式。SZFEAT(富怡達或富一達)精密清洗裝備結合上述清洗方式,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備。
二 半導體材料的刻蝕工藝
材料的刻蝕工藝就是結合物理和化學方法以形成微細圖案的半導體制程工藝的核心??涛g雖然不能像光刻機一樣,直接繪制精密的圖形,但可通過調節(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,采用化學反應的干刻蝕為等向性刻蝕,采用物理反應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方法和物理方法兩種
化學方法就是采用與指定材料易反應的物質進行化學反應。光刻膠下面有許多要去除的物質,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等?;瘜W方法就是采用易與想去除的材料產(chǎn)生反應,卻不與光刻膠發(fā)生反應的物質,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的化合物等。化學方法的優(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“應該”還是“不應該”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和物理方法相結合的反應性離子刻蝕。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??涛g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。