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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,蒸發(fā)刻蝕工藝培訓(xùn),芯片工藝部:段會(huì)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(wú)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(zhǎng)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(duì)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(guò),對(duì)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(jiǎn)單,造價(jià)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(duì)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?cè)床牧巷w濺,(,2,)蒸鍍金屬錯(cuò)誤,(,3,)蒸鍍選錯(cuò)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(jià)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(duì)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(wèn)題,(,1,)坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)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(lái)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(lái)說(shuō),它是很簡(jiǎn)單的:兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)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(guò)反應(yīng)類型或者壓力來(lái)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(lái)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(wèn)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(wú)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(lái)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(lái)達(dá)到去除不需要的薄膜物質(zhì)。對(duì)于我們所使用的各種化學(xué)藥品,大部分都是對(duì)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(shí),盡量在工作的時(shí)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(shí),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(huì)涉及到對(duì)化學(xué)品的接觸,因此了解它們危險(xiǎn)性的所有知識(shí),以及在處理和使用中的危險(xiǎn)預(yù)防知識(shí)就顯得尤為重要?;瘜W(xué)品的危險(xiǎn)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(lái)說(shuō),同類化學(xué)品應(yīng)該儲(chǔ)藏在一起,所有的化學(xué)品都應(yīng)儲(chǔ)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(xiǎn)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(xiǎn)性,2.對(duì)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(shí)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(chǔ)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(jiǎn)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(huì)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(wèn)題,對(duì)于精度要求較高的產(chǎn)品不適用。,5.4 濕法刻蝕常見問(wèn)題,(1)側(cè)蝕過(guò)大,(2
11、)污染,(3)腐蝕不均勻,有殘留,左圖:清洗臺(tái),6.干法刻蝕,干蝕刻是利用干蝕刻機(jī)臺(tái)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(jiǎn)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(lái)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(shí)會(huì)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(shí)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(shí)候,不能長(zhǎng)時(shí)間對(duì)這觀察窗觀看,避免輻射都人體的傷害。,6.4 常見問(wèn)題,(1)刻蝕深度不夠,(2)過(guò)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!,