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* * * ③等离子体中的反应正离子在自偏置电场中加速得到能量轰击样片表面,这种离子轰击不仅对样片表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀,而且提高了表面层自由基和反应原子或原子团的化学活性,加速与样片的化学反应。 ④由于离子轰击的方向性,遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的侧面的刻蚀要快得多,达到了很好的各向异性。 3. 高密度等离子体刻蚀 在先进的集成电路制造技术中,传统的RIE系统不能满足0.25微米以下尺寸高深宽比图形的刻蚀要求,于是发展了高密度等离子体RIE系统。 高密度等离子体刻蚀系统有电子回旋加速振荡ECR系统、电感耦合等离子体(ICP) RIE 系统、磁增强RIE系统等。 3. 高密度等离子体刻蚀ICP-RIE系统 ICP-RIE系统具有结构简单成本低被广泛采用 高密度等离子是指在相同的工作压力下,等离子体中反应基(自由基、反应原子或原子团)的密度比传统等离子中高。 ICP-RIE设备 生产厂家: 美国TRION公司 型号:MNL/D Ⅲ ICP-RIE设备 ICP-RIE设备 高密度等离子体刻蚀的特点: 1. 等离子体中反应基密度大增加了刻蚀速率 2. 系统中引入磁场使反应离子具有高方向性,可获 得高深宽比的槽; 3. 系统的自偏压低,反应离子的能量低,因而减小 对Si片表面的轰击损伤。 4. 终点检测 终点检测的常用方法:光发射谱法 光发射谱法终点检测机理 在等离子体刻蚀中,反应基团与被刻蚀材料反应的同时,基团被激发并发出特定波长的光,利用带波长过滤器的探测器,探测等离子体中的反应基团发光强度的变化来检测刻蚀过程是否结束。 在等离子刻蚀中被激发的基团的特征波长 ■ 等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比 刻蚀参数 物理刻蚀 RF场垂直片面 化学刻蚀 RF场平行片面 物理和化学刻蚀 RF场垂直片面 刻蚀机理 物理离子溅射 活性元素 化学反应 离子溅射和活性 元素化学反应 侧壁剖面 各向异性 各向同性 各向异性 选择比 低/难提高 (1:1) 很高 (500:1) 高(5:1 ~100:1) 刻蚀速率 高 慢 适中 线宽控制 好 非常差 很好 6.5 干法刻蚀的应用 刻蚀材料的种类:介质、硅和金属三类 ULSI对刻蚀的挑战 1. 大直径硅片(φ200mm以上)的刻蚀均匀性 2. 深亚微米关键尺寸、高深宽比(达到6:1)的 成功刻蚀 3. 对下层材料的高选择比(50:1) ULSI对刻蚀的要求 1. 对不需要刻蚀的材料(主要是光刻胶和下层材料) 的高选择比 2. 可接受产能的刻蚀速率 3. 好的侧壁剖面控制 4. 好的片内均匀性 5. 低的器件损伤 6. 宽的工艺窗口 工艺优化 设备参数: 设备设计 电源 电源频率 压力 温度 气流速率 真空状况 工艺菜单 其它相关因素: 净化间规范 操作过程 维护过程 预防维护计划 工艺参数: 等离子体—表面相互作用: - 表面材料 - 复合金属的不同层 - 表面温度 - 表面电荷 - 表面形貌 化学和物理要求 时间 质量指标: 刻蚀速率 选择比 均匀性 特性曲线 关键尺寸 残留物 Plasma-etching a wafer 介质的干法刻蚀 1. 氧化硅的刻蚀 工艺目的:刻蚀氧化硅通常是为了制作接触孔和通孔 刻蚀工艺 1)刻蚀气体:两种(CF4+H2+Ar+He) 或(CHF3 +Ar+He) 2)刻蚀机理:物理和化学刻蚀,物理溅射离子:Ar+、CF3+等,CF3是刻蚀SiO2的主要活性基,加入H2后以HF的形式除去一些腐蚀Si的活性基(F原子)提高对下层Si的选择比,He为稀释剂改善刻蚀均匀性。 刻蚀SiO2的反应式: 在RF作用下工艺气体分解电离: CHF3 +Ar+He +3e→ CF3 + + CF3 + HF + F +Ar++He+ CF3活性基与SiO2发生化学反应: 4CF3+ 3SiO2 → 3SiF4 ↑+ 2CO2 ↑+ 2CO↑ 3)刻蚀系统:平行板式或桶式反应离子刻蚀RIE系统,亚微米以下采用ICP-RIE系统 4)工作压力:小于0.1Torr 5)关键问题:注意刻蚀接触孔对下层Si、氮化硅、抗反射涂层的高选择比,刻蚀通孔对TiN、W、Al的高选择比 2. 氮化硅的刻蚀 1)刻蚀气体:CF4+O2+N2 2)刻蚀机理:物理和化学刻蚀,O2+N2的作用是稀释F基的浓度降低对下层SiO2的刻蚀速率 刻蚀Si3N4的反应式: 在RF作用下工艺气体分解电离: CF4 +O2+N2 +3e→ CF3
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