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等离子刻蚀工艺原理介绍 Etch/CSMC 2011.10.14 概述 什么是Plasma 为什么Plasma运用在干法刻蚀中 各向异性刻蚀中的圆片偏压 圆片偏压的产生-1 圆片偏压的产生-2 Plasma刻蚀中的功率耦合 电容耦合 电感耦合 电容/电感耦合 Plasma刻蚀的复杂性 * 等离子刻蚀工艺原理介绍包含以下几个方面： 等离子体基本概念 等离子刻蚀基本原理 等离子刻蚀应用 Plasma就是等离子体(台湾一般称为电浆), 由气体电离后产生的正负带电离子以及分子, 原子和原子团组成. 只有强电场作用下雪崩电离发生时, Plasma才会产生. 气体从常态到等离子体的转变, 也是从绝缘体到导体的转变. Plasma 一些例子: 荧光灯,闪电, 太阳等. energy gas plasma e e e e Plasma产生激活态的粒子以及离子. 激活态粒子（自由基）在干法刻蚀中主要用于提高化学反应速率, 而离子用于各向异性腐蚀(Anisotropic etch). 在固定Power输入的气体中, 电离和复合处于平衡状态. 在正负离子复合或电子从高能态向低能态跃迁的过程中发射光子. 这些光子可用于终点控制的检测。 半导体工艺Plasma一般都是部分电离, 常规0.01%~10% 的原子/分子电离. 射频功率通过隔直电容加到圆片背面，这样隔离直流而能通过射频，使圆片和基座充电为负偏压状态(平均). 半导体圆片不一定是电导体(因为表面可能淀积一层SiO2或SiN膜), 直流偏压不能工作, 因为Plasma很快补偿了绝缘体上的偏压. - - - - - - - - + + + + + + - - - - - - - - - + 非对称的腔体中，圆片面积腔体面积， 所以较高的鞘层/暗区(Sheath/Dark Space)电压出现在Plasma到圆片之间。 plasma sheath a sheath b Sheath b sheath a plasma p 电容耦合: RF功率通过RF电场直接传导到Plasma，涉及到的电极也直接暴露在Plasma中(但是一般有Wafer在基座/电极上). 电感/变压器耦合: RF功率通过RF磁场传导到Plasma, 该磁场诱导产生起电离作用的电场. 电容耦合对产生电离作用不是很有效，因为它的很大一部分能量用于向电极表面运动的离子加速. 电感耦合对Plasma的产生很有效，因为它的能量几乎全部用于离化. 但是电感耦合点燃Plasma不是很有效. 在MERIE中，外加磁场也用于提高Plasma的浓度. plasma rf electric field wafer RF current in coil RF magnetic field ionizing E-field (induced) inductive source defines density P source/TCP wafer capacitive rf bias gives ions directed energy P bias Plasma Etch是多变量的工艺 --- Bias/TCP(Source)功率 --- Pressure --- Gas Flow --- Temperature --- BSC He --- (Gap) --- (B-Field) --- Process Time 工艺控制和结果 工艺可控变量 Plasma 参数 · Temperature · Gas Flows · Pressure · Power · Time · (Magnetic Field) · Etch Rate · Uniformity · Selectivity · Profile · Loading Effects · Particulates · Residue · Damage 结果 · Gas density · Residence time · Ion density · DC bias · Free radicals · Ion energy and directionality · BSC He · (Gap) 化学性腐蚀工艺的六个步骤 Plasma flowing gas Generation of etchant species 1 Diffusion to surface Adsorption Reaction Film Desorption Diff