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等离子硅刻蚀及其工艺参数的多尺度优化 　　摘要： 用CFDACE+和CFDTOPO分别对容性耦合等离子体反应腔室放电和等离子硅刻蚀过程进行仿真，讨论不同射频电压和腔室条件对等离子体特性的影响.结果表明：随着射频电压的升高，离子的通量增大；在低射频电压时，离子通量随腔室压强的升高而减小，而在高射频电压时趋势则相反.用Kriging模型对影响刻蚀形貌的参数（腔室压强和射频电压）进行优化，结果表明该优化方法可以为工艺条件相近的刻蚀机设备的设计提供参考. 　　关键词： 硅刻蚀； 容性耦合等离子体； 射频电压； 腔室压强； Kriging模型； 优化 　　中图分类号： TN405.98； TB115.1文献标志码： B 　　Abstract： The discharge process in capacitively coupled plasma reaction chamber and the plasma silicon etch process are simulated by CFDACE+ and CFDTOPO. The effect of different radio frequency voltage and chamber conditions on plasma characteristics are discussed. The results show that， with the increase of radio frequency voltage， the flux of ion increases； the flux of ion decreases with the increase of chamber pressure when the radio frequency voltage is low， but the change trend shows in opposite direction while the radio frequency voltage is high. The Kriging model is used to optimize the parameters such as chamber pressure and ration frequency voltage， which have influences on the etching profile. The result shows that the optimization method is feasible， which can provide reference for the design of the etch device in similar process condition. 　　Key words： silicon etch； capacitively coupled plasma； radio frequency voltage； chamber press； Kriging model； optimization 　　引言 　　技术的不断进步对微电子机械系统工艺和器件的设计提出更高的要求[1]，如元器件本身的尺寸减小：其表面特征尺寸已由原来的微米级上升到现在的纳米级.传统的湿法刻蚀由于各向异性差、均匀性差、不容易控制等缺点，逐渐被各向异性好、均匀性好、容易控制的干法刻蚀所取代. 　　在干法刻蚀中等离子体刻蚀应用最广泛，也是微纳米加工能力最强的技术，但是其目前主要依赖于刻蚀经验.由于试验周期长、成本高[2]，等离子体刻蚀的工艺仿真技术显得尤为重要.工艺仿真技术可通过建立适当的模型，得到目标结构的仿真效果，因此可以根据刻蚀机腔室的工艺相关参数预测刻蚀形貌，还能够对工艺参数进行优化，进而得到理想的刻蚀形貌.仿真模拟不仅降低微电子机械系统加工工艺的试验成本，提高生产效率，更为等离子体刻蚀的研究提供一定的参考. 　　1刻蚀形貌分析 　　1.1腔室模型分析 　　建立二维轴对称腔室模型，见图1，模拟最简单的容性耦合等离子体放电：Cl2从入口进入腔室内部，被射频电压电离成总体呈电中性的等离子体.电场对离子加速，带有一定能量和角度分布的等离子体轰击刻蚀材料，既发生物理反应又发生化学反应，在刻蚀材料表面形成所需的图案. 　　2基于Kriging模型的优化设计 　　通常，评价刻蚀结果质量的参数有剖面的垂直度、刻蚀速率、刻蚀均匀性和刻蚀的选择比等.如果刻蚀的形貌与理想形貌差别较大，即刻蚀垂直度不够好，将直接影响由晶片组成的元器件的质量，甚至不能使用.腔室压强和射频电压是影响刻蚀形貌的重要参数.以这2个参数作为变量，分析不同参数组合下的刻蚀形貌，并以刻蚀垂直度作为目标函数进行初步优