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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,蒸發(fā)刻蝕工藝培訓(xùn),芯片工藝部：段會強(qiáng),2007-02-01,一、蒸發(fā)工藝,1.目的,使用蒸鍍機(jī)在產(chǎn)品表面蒸鍍一層均勻的薄膜，以便進(jìn)行后續(xù)制程。,2.環(huán)境,無塵車間，溫度：22,3,，濕度：5070。,3.蒸鍍的分類,鍍膜方法可以分為氣相生成法，氧化法，離子注入法，擴(kuò)散法，電鍍法，涂布法，液相生長法等。氣相生成法又可分為物理氣相沉積法，化學(xué)氣相沉積法和放電聚合法等。真空蒸發(fā)，濺射鍍膜和離子鍍等通常稱為物理氣相沉積法，是基本的薄膜制備技術(shù)。對于LED制程，主要使用的是真空蒸發(fā)（電子束蒸鍍、熱蒸鍍等）及化學(xué)氣相生成法。,4.真空
2、蒸發(fā),真空蒸發(fā)鍍膜法是在真空室中，加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸汽流，入射到固體（稱為襯底或基片）表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法。真空蒸發(fā)鍍膜又可以分為 熱電阻蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、高頻感應(yīng)蒸發(fā)和激光束蒸發(fā)等。,4.1 電阻加熱蒸發(fā)法（Thermal）,采用鉭，鉬，鎢等高熔點(diǎn)金屬，做成適當(dāng)形狀的蒸發(fā)源，其上裝入待蒸發(fā)材料，讓氣流通過，對蒸發(fā)材料進(jìn)行直接加熱蒸發(fā)，或者把待蒸發(fā)材料放入氧化鋁，氧化鈹?shù)熔徨佒羞M(jìn)行間接加熱蒸發(fā)，這就是電阻加熱蒸發(fā)法。,上圖：使用鎢舟進(jìn)行蒸鍍,右圖：蒸鍍機(jī)外觀圖,上圖：蒸鍍用鍍鍋,利用電阻加熱器加熱蒸發(fā)的鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，使用可
3、靠，可用于熔點(diǎn)不太高的材料的蒸發(fā)鍍膜，尤其適用于對鍍膜質(zhì)量要求不太高的大批量的生產(chǎn)中。,電阻加熱方式的缺點(diǎn)是：加熱所能達(dá)到的最高溫度有限，加熱器的壽命液較短。,1,2,6,3,5,4,8,7,10,9,19,20,18,21,40,41,39,65,42,22,38,64,熱蒸鍍法蒸鍍常見異常：,（,1,）蒸鍍源材料飛濺,（,2,）蒸鍍金屬錯誤,（,3,）蒸鍍選錯程序,（,4,）熱蒸鍍有銅（,Cu,）鍍上,（,5,）蒸鍍掉金,（,6,）蒸鍍后有花紋、斑點(diǎn),（,7,）蒸鍍斷鎢舟,（,8,）蒸鍍膜厚計(jì)異常,4.2 電子束蒸鍍法（E-Beam&E-Gun）,將蒸發(fā)材料放入水冷坩鍋中，直接利用電子束加
4、熱，使蒸發(fā)材料氣化蒸凝結(jié)在基板表面成膜，是真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中的一種重要的加熱方法和發(fā)展方向。電子束蒸發(fā)克服了一般電阻加熱蒸發(fā)的許多缺點(diǎn)，特別適合制作高熔點(diǎn)薄膜材料和高純薄膜材料。,依靠電子束轟擊蒸發(fā)的真空蒸鍍技術(shù)，根據(jù)電子束蒸發(fā)源的形式不同，又可分為環(huán)形槍，直槍，e型槍和空心陰極電子槍等幾種。,e型電子槍，即270攝氏度偏轉(zhuǎn)的電子槍克服了直槍的缺點(diǎn)，是目前用的較多的電子束蒸發(fā)源之一。e型電子槍可以產(chǎn)生很多的功率密度，能融化高熔點(diǎn)的金屬，產(chǎn)生的蒸發(fā)粒子能量高，使膜層和基底結(jié)合牢固，成膜的質(zhì)量較好。缺點(diǎn)使電子槍要求較高的真空度，并需要使用負(fù)高壓，真空室內(nèi)要求有查壓板，這些造成了設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性
5、差，不易維護(hù)，造價也較高。,電子束蒸發(fā)源的優(yōu)點(diǎn)為：,（1）電子束轟擊熱源的束流密度高，能獲得遠(yuǎn)比電阻加熱源更大的能量密度?？梢詫⒏哌_(dá)3000度以上的材料蒸發(fā)，并且能有較高的蒸發(fā)速度；,（2）由于被蒸發(fā)的材料是置于水冷坩鍋內(nèi)，因而可避免容器材料的蒸發(fā)，以及容器材料與蒸鍍材料之間的反應(yīng)，這對提高鍍膜的純度極為重要；,（3）熱量可直接加到蒸鍍材料的表面，因而熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱輻射的損失少。,常見問題,（,1,）坩堝轉(zhuǎn)動卡堝,（,2,）坩堝破裂,（,3,）電子束位置打偏,（,4,）防靜電,（,5,）蒸鍍膜厚計(jì)異常,5.化學(xué)氣相沉積法,化學(xué)氣相沉積(CVD)是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料
6、的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料，大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。從理論上來說，它是很簡單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。,5.1 化學(xué)氣相沉積的分類,CVD技術(shù)常常通過反應(yīng)類型或者壓力來分類，包括低壓CVD(LPCVD)，常壓CVD(APCVD)，亞常壓CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)，高密度等離子體CVD(HDPCVD)以及快熱CVD(RTCVD)。然后，還有金屬有機(jī)物CVD(MOCVD)，根據(jù)金屬源的自特性來保證它的分類，這些金屬的典型狀態(tài)是液態(tài)，在導(dǎo)入容器之
7、前必須先將它氣化。,5.2 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD),PECVD的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發(fā)熱體）使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。,左圖：PECVD外觀圖,常見問題,（1）沉積厚度不均勻,（2）沉積厚度不夠,（3）沉積材料質(zhì)量不好,（4）沉積材料掉落,（5）沉積后晶片表面有花紋,二、刻蝕工藝,1.目的,將形成在晶圓表面上的薄膜全部，或特定處所去除至必要厚度的制程。,2.環(huán)境,無塵車間，溫度：22,3,，濕度：5070。,3.分類,刻蝕可以分
8、為干法刻蝕（Dry etch）和濕法刻蝕（Wet etch）。,4.濕法蝕刻,濕法蝕刻就是利用液相的酸液或溶劑;將不要的薄膜去除。濕蝕刻主要是依靠化學(xué)溶劑與薄膜的化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行，蝕刻完成后由溶劑帶走腐蝕產(chǎn)物。濕蝕刻又分為等向性和非等向性蝕刻。,4.1 影響蝕刻速率的因素：,溶液濃度、溶液成分、溫度、薄膜質(zhì)量、薄膜的徑向、晶片放置方式、操作手法等。,4.2 防護(hù)安全,濕法刻蝕主要是使用各種化學(xué)溶劑進(jìn)行的腐蝕，來達(dá)到去除不需要的薄膜物質(zhì)。對于我們所使用的各種化學(xué)藥品，大部分都是對人體有害的，因此我們需要做好相應(yīng)的防護(hù)，并了解相關(guān)的知識，盡量在工作的時候保護(hù)自己的人身安全。,左圖：以濕式法進(jìn)行薄膜蝕
9、刻時，蝕刻溶液（即反應(yīng)物）與薄膜所進(jìn)行的反應(yīng)機(jī)制,操作化學(xué)品總會涉及到對化學(xué)品的接觸，因此了解它們危險性的所有知識，以及在處理和使用中的危險預(yù)防知識就顯得尤為重要?；瘜W(xué)品的危險性可以歸納為四種類型：,（1）易燃（2）腐蝕（3）化學(xué)反應(yīng) （4）有毒（毒藥、致癌物質(zhì)、突變劑、致畸胎原等等）,總的來說，同類化學(xué)品應(yīng)該儲藏在一起，所有的化學(xué)品都應(yīng)儲藏在封閉容器中。與化學(xué)品的接觸應(yīng)該盡可能控制在最小限度：工程控制，例如使用通風(fēng)罩；減少使用量或采用危險性小的替代品；防護(hù)裝置，例如手套、護(hù)目鏡和防護(hù)服。,化學(xué)品有多種進(jìn)入人體方式途徑，包括：,1.吸入 2.皮膚吸收 3.食入 4.注射,化學(xué)品安全：十條基本規(guī)
10、則：,1.了解你所用的化學(xué)品的危險性,2.對所有化學(xué)品及其廢品要作正確標(biāo)記,3.操作有害化學(xué)品時使用PPE,4.在通風(fēng)柜中操作揮發(fā)性和有害性化學(xué)品,5.正確儲藏易燃物品,6.不要單獨(dú)操作有害性化學(xué)品,7.保持出口、淋浴、洗眼設(shè)施的通暢,8.保持工作區(qū)整潔,9.化學(xué)品接觸皮膚應(yīng)立即沖洗,10.不要在實(shí)驗(yàn)室飲食和化妝,5.3 濕法刻蝕特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：制程簡單、設(shè)備便宜、可以大量的生產(chǎn)；具有相當(dāng)好的選擇性，一般不會腐蝕目標(biāo)薄膜外的其它物質(zhì)。,缺點(diǎn)：由于濕蝕刻大部分都是等向性蝕刻（側(cè)壁側(cè)向蝕刻的機(jī)率均等），因此容易發(fā)生側(cè)蝕問題，對于精度要求較高的產(chǎn)品不適用。,5.4 濕法刻蝕常見問題,（1）側(cè)蝕過大,（2
11、）污染,（3）腐蝕不均勻，有殘留,左圖：清洗臺,6.干法刻蝕,干蝕刻是利用干蝕刻機(jī)臺產(chǎn)生電漿，與所欲蝕刻之薄膜反應(yīng)，產(chǎn)生氣體由PUMP抽走，達(dá)到圖案定義之目的。,干蝕刻通常是一種電漿蝕刻(Plasma Etching)，由于蝕刻作用的不同，電漿中離子的物理性轟擊(Physical Bomboard)，活性自由基(Active Radical)與組件(芯片)表面原子內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)(Chemical Reaction)，或是兩者的復(fù)合作用，可分為三大類：,1、物理性蝕刻：(1)濺擊蝕刻(Sputter Etching)(2)離子束蝕刻(Ion Beam Etching),2、化學(xué)性蝕刻：電漿蝕刻(P
12、lasma Etching),3、物理、化學(xué)復(fù)合蝕刻：反應(yīng)性離子蝕刻(Reactive Ion Etching 簡稱 RIE),6.1 影響干蝕刻速率的因素,腔體壓力、氣體的濃度及成分比例、射頻功率、薄膜材料等。,6.2 干蝕刻的特點(diǎn),在電漿蝕刻中，電漿是一種部分解離的氣體，氣體分子被解離成電子、離子，以及其它具有高化學(xué)活性的各種粒子。干蝕刻最大優(yōu)點(diǎn)即是非等向性蝕刻(anisotropic etching)。然而，(自由基 Radical)干蝕刻的選擇性卻比濕蝕刻來得低，這是因?yàn)楦晌g刻的蝕刻機(jī)制基本上是一種物理交互作用；因此離子的撞擊不但可以移除被蝕刻的薄膜，也同時會移除光阻罩幕。,上圖：濕蝕刻與干蝕刻的比較圖圖中(a).蝕刻前、(b).濕蝕刻、(c).干蝕刻的剖面圖,6.3 安全規(guī)范,干法刻蝕的時候，要注意內(nèi)部的有害氣體不能泄漏。在開腔前一定要將腔體內(nèi)的有毒氣體抽走；在射頻反應(yīng)的時候，不能長時間對這觀察窗觀看，避免輻射都人體的傷害。,6.4 常見問題,（1）刻蝕深度不夠,（2）過刻蝕,（3）刻蝕不均勻,左圖：RIE等離子刻蝕機(jī),左圖：藍(lán)綠光,芯片的圖形,THE END,Thank You！,
蒸發(fā)刻蝕工藝培訓(xùn)
