干法刻蝕工藝總結(jié)

1、干法刻蝕工藝總結(jié)離子束刻蝕機(jī)(IBE-150A)背景：利用輝光放電原理將氨氣分解為氮離子，氮離子經(jīng)過陽極電場的加速對樣品表面 進(jìn)行物理轟擊，以達(dá)到刻蝕的作用。把Ar、Kr或Xe之類惰性氣體充入離子源放 電室并使其電離形成等離子體，然后由柵極將離子呈束狀引出并加速，具有一定 能量的離子束進(jìn)入工作室，射向固體表面撞擊固體表面原子，使材料原子發(fā)生濺 射，達(dá)到刻蝕目的，屬純物理過程。技術(shù)指標(biāo)：裝片：一片六英寸襯底、或1片四英寸，向下兼容。抽氣速度:30min 由 ATM 到 1.0 xl0-3Pa極限真空度：2xW4Pa離子能量：300eV-400eV背景：通入反應(yīng)氣體使用電感耦合等離子體輝光放電將其

2、分解，產(chǎn)生的具有強(qiáng)化學(xué)活性 的等離子體在電場的加速作用下移動(dòng)到樣品表面，對樣品表面既進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生 成揮發(fā)性氣體，乂有一定的物理刻蝕作用。因?yàn)榈入x子體源與射頻加速源分離, 所以等離子體密度可以更高，加速能力也可以加強(qiáng)，以獲得更高的刻蝕速率，以 及更好的各向異性刻蝕。另外，由于該系統(tǒng)使用了 C1基和Br基的刻蝕氣體，因 此該ICP系統(tǒng)適合于對H1-V族化合物材料進(jìn)行刻蝕。技術(shù)指標(biāo)：ICP離子源：。3000WRF射頻源：0600W裝片：1片四英寸，向下兼容基底刻蝕溫度：0-200c可調(diào)?？涛g氣體：BCb、CL、HBr Ar. 02可刻蝕材料包括：GaN、GaAs、InP等川-V族化合物材料ICP

3、刻蝕機(jī)（STSHRM）背景：通入反應(yīng)氣體使用電感耦合等離子體輝光放電將其分解，產(chǎn)生的具有強(qiáng)化學(xué)活性 的等離子體在電場的加速作用下移動(dòng)到樣品表面，對樣品表面既進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生 成揮發(fā)性氣體，乂有一定的物理刻蝕作用。因?yàn)榈入x子體源與射頻加速源分離, 所以等離子體密度可以更高，加速能力也可以加強(qiáng)，以獲得更高的刻蝕速率，以 及更好的各向異性刻蝕。該系統(tǒng)使用了 F基的刻蝕氣體，具有Bosch工藝，適合 于對硅材料進(jìn)行大深寬比刻蝕。技術(shù)指標(biāo)：ICP 離子源：0-3000WRF射頻源:0-600W裝片系統(tǒng)：六英寸，向下兼容基底刻蝕溫度：0-200c可調(diào)。刻蝕氣體：SF6、C4F8、02、Ar可刻蝕材料包括：硅

4、材料反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(Tegal 903e)背景：該設(shè)備為tegal 903e RIE (Reactive Ion Eatching)設(shè)備，其原理是利用含有 F基的等離子體與SIO2及SINx進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到刻蝕的目的，本設(shè)備所提供的氣 體有SF6、CHF3、02、He,適用于6英寸單片及不規(guī)則小片(需要用6寸硅 片作為托盤)的SQ2和Si3N4的刻蝕。技術(shù)指標(biāo)：裝片系統(tǒng)：一片六英寸襯底，或1片四英寸，小片兼容?？煽涛g材料：SiO2, SiNx刻蝕均勻性：5%以內(nèi)，刻蝕速率：W 500nm/mino刻蝕種類干法：氣態(tài)等離子體中，發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)亞微米尺寸濕法：液態(tài)化學(xué)試劑中，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)尺寸大于

5、3微米按材料分：金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕、硅(多晶硅)刻蝕原理上類似于化學(xué)氣相沉積過程，除了材料是去除而不是沉積Diffusionq OReactants C7 藍(lán):士ReactionDiffusionReaction Products由三步組成：等離子體產(chǎn)物到達(dá)被刻蝕表面：與表面膜發(fā)生反應(yīng)；反應(yīng)物從表面 移走Substrate刻蝕偏差Boundary Laver刻蝕參數(shù)刻蝕速率2.刻蝕剖面3.刻蝕偏差4.選擇比5.均勻性6.殘留物7.聚合物8.等離子體誘導(dǎo) 損傷9.顆粒、沾污和缺陷刻蝕速率R=AT/t (nm/min) R正比于刻蝕劑的濃度負(fù)載效應(yīng)：要刻蝕大面積區(qū)域，會耗盡刻蝕劑濃度，而使R卜.降

6、：若面枳小，則刻蝕會快一 些?？涛g剖面兩種基本剖面：各項(xiàng)同性：各項(xiàng)異性：小線寬圖形亞微米器件，現(xiàn)今集成電路要求88,89 高深寬比圖形窗口：化學(xué)刻蝕劑難以進(jìn)入，反應(yīng)生成物難以出來解決辦法：將等離子體定向推進(jìn)到高深寬比窗口，離子方向性垂直于表面；高密度等離子體刻蝕后線寬或關(guān)鍵尺寸間距發(fā)生變化，通常由橫向刻蝕引起，但也能由刻蝕剖面引起。刻蝕偏差=/7/1 1-1襯底光刻底十1鉆蝕/_1Tl;選擇比被刻蝕材料的刻蝕速率與另一種材料的刻蝕速率之比關(guān)鍵尺寸越小，選擇比高求越高。選擇比差：1:1選擇比好:100-1000刻蝕均勻性因?yàn)榭涛g速率和刻蝕剖面與圖形尺寸和密度有關(guān)而產(chǎn)生,1I I t1:Influ

7、ence ofj:;/topography onv1、；the etch rate1i /殘留物EtSr = E,深寬比相關(guān)的刻蝕或微負(fù)載效應(yīng)產(chǎn)生原因:1.被刻蝕膜層中的污染物2.選擇比不合適的化學(xué)刻蝕3.膠體中的污染物4.膜層中不均勻的 雜質(zhì)分布方法：刻蝕完成后進(jìn)行過刻蝕：有時(shí)采用濕法化學(xué)腐蝕去掉聚合物時(shí)有意形成，目的是在側(cè)壁上形成抗腐蝕膜，從而防治橫向刻蝕，形成高的各項(xiàng)異性刻蝕。光刻膠中的C轉(zhuǎn)化而來，并與刻蝕氣體和刻蝕產(chǎn)物結(jié)合在一起。在硅刻蝕中，通過控制F/C的比例，形成聚合物，低F/C比易于形成側(cè)壁聚合物（側(cè)壁鈍化）IonsLocdiaaH? 8*t6碑 iHcc cT Photores

8、istSr必 收100 MtcrrLowPlana Etchirw , Ptasire assisted dien 比al fesciionLo-vVeryGoodLowRcdctive ion Etching600dWO ratwrMiiun,onibaidnient chcn：ica! reactionVtrr Low 10 mtorrHiOhPhysical Sputtering (Ion Nilf) , ph/Ncal bombardmentHighPocrKaufman離子源介紹1960年Kaufman教授開始設(shè)計(jì)一種用于空間飛行計(jì)劃的寬束 低密度電子推進(jìn)器，后來Bell實(shí)驗(yàn)室的專家

9、們把它應(yīng)用在地面, 開拓了離子束微細(xì)加工新局面，后來，人們把這種電子推進(jìn)器命 名為kaufinan離子源。kaufman離子源是柵格式離子源，它主要 由真空放電室、離子光學(xué)系統(tǒng)和中和器組成。放電室又由陰極、 陽極、屏柵極筒組成。從熱陰極發(fā)射出來的電子經(jīng)過陰極鞘層被 加速而獲得相應(yīng)于等離子與陰極電位差的能量，它與進(jìn)入電離室 的氣體原子相碰撞，氣體原子被電離，形成離子及二次電子，電 子與離子形成放電室等離子體。該放電等離子體在發(fā)散磁場作用 下引向柵網(wǎng)離子光學(xué)區(qū)。由于離子光學(xué)的作用，離子被加速引出, 并形成離子束。每個(gè)小孔引出的離子束經(jīng)中和形成帶能量的中性 離子束。由離子所獲得的能量是陽極電壓與屏柵

10、電壓之和（一般 而言，由于陽極電壓遠(yuǎn)小于屏柵電壓，故近似考慮屏柵電壓為離 子加速能量）。該離子束經(jīng)聚焦后可形成聚焦離子束斑，能量將 更加集中。另外離子束也可發(fā)散，形成發(fā)散離子束，可對大面積 工件進(jìn)行寬束加工。Kaufman離子源可用于離子束納米薄膜制備、干法離子刻蝕、 精密離子銃、材料改性、原子級基板表面清潔等諸多方面。Kaufman離子源產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)：1、低能量的離子束最大化的避免了高能量離子源在表面和界面 上的接觸，使得局部溫度升高（低溫制程）；2、離子束能量和束流密度可以單獨(dú)調(diào)整與控制，大大提高了工 藝的靈活性與穩(wěn)定性；3、更寬的離子束使用范圍，適用于大型鍍膜機(jī)；4、可以在導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣

11、體上鍍制任何固體物質(zhì)；5、可以實(shí)現(xiàn)原子級薄膜沉積，薄膜均勻、致密、附著力強(qiáng)；6、高真空環(huán)境下鍍膜，遠(yuǎn)離等離子體，薄膜污染物??；7、模塊化設(shè)計(jì)，隨插即用；8、無高頻輻射污染，對操作者無傷害。Kaufman離子源鍍膜適用領(lǐng)域:1、微納傳感器2、納米科技和MEMS器件3、數(shù)據(jù)存儲 4、半導(dǎo)體器件5、醫(yī)療科技 6、精密光學(xué)/光電子學(xué)7、平版顯示8、太陽能科技9、高頻和微波10、材料分析Kaufman離子源的供電系統(tǒng)Kaufinan離子源分別由陰極電源、陽極電源、屏柵電源、加速 柵電源、中和電源供電，供電原理圖如下圖所示。陰極電源陰極電流表示的是陰極加熱電流，在一定范圍內(nèi)，陰極加熱電 流越大，放電電流越

12、大，放電電流增加引起放電等離子體中離子 密度及電子溫度增加，使離子束流增加。但陰極電流增加到一定 程度時(shí)，放電電流不會再增加，這是因?yàn)槎逊e在陰極附近的電子 會阻止陰極上的電子離開陰極到達(dá)等離子體中。由于空間電荷對 陰極發(fā)射的限制會大大提高燈絲的加熱溫度，減少陰極燈絲的壽 命，這是不利的。為此，可以適當(dāng)加大放電電壓和/或增加氣體 流量來避免陰極發(fā)射的空間電荷限制。陽極電源調(diào)整陽極電壓需要十分注意，在使用時(shí)往往把陽極電壓調(diào)高, 如6070V,這樣容易起弧且能獲得較大的放電電流。在離子源 起弧后約3540V的放電弧壓所產(chǎn)生的離子基本上是單荷離子 Ai-+,理論上出現(xiàn)雙荷離子Ar+的電壓約48V左右。

13、因此60 70V的放電電壓會使雙荷離子數(shù)量增加到占總離子數(shù)的10 20%,雙荷離子具有單荷離子兩倍的能量,在60-70V時(shí)為120 140 eVo離子源中所有材料的濺射閾值一般為2035eV, 35 40eV的Ar+在離子源內(nèi)部不會產(chǎn)生明顯的轟擊陰極燈絲的濺射。 在40140eV能量范圍濺射額隨離子能量迅速增加。1020% Ar+的以120140eV能量轟擊燈絲表面，濺射量可增加10 100倍，其結(jié)果是陰極燈絲被大量濺射逸出而侵蝕，使用壽命大 大縮短，同時(shí)單荷Ar+離子很少從柵孔抽出形成有效離子流，并 且燈絲材料W+離子一同抽出在真空室內(nèi)污染薄膜材料。因此, 啟動(dòng)離子源時(shí)可以調(diào)高陽極電壓幫助起

14、弧，在其它參數(shù)包括送氣 量確定后，盡量調(diào)低放電電壓，可調(diào)到息弧的臨界值稍大一點(diǎn)即 可。屏柵電源屏柵電流反應(yīng)的是離子束的大小，但真正從離子源引出去的離 子束的大小應(yīng)是屏柵電流與加速電流之差。屏柵電壓反應(yīng)的是離 子束中離子的能量。離子所得到的凈加速能量是陽極電壓與屏柵 電壓之和（因等離子體電位與陽極電壓相近），由于陽極電壓遠(yuǎn) 小于屏柵電壓，所以通常認(rèn)為屏柵電壓就是離子束的能量，如屏 柵電壓是1000V,那么離子束的能量就是1000eV。加速柵電源加速極上加的是負(fù)偏壓，一方面是為了引出更大的束流，另一 方面是為了抑制二次電子和中和電子返流進(jìn)入放電室。電子返流 是不參與工作的，是假的離子束流。如果加速極電壓過低，則因 電子返流而使離子束流急劇上升。但是如果采用加速極電壓太高