干法刻蚀工艺总结.docx

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1、干法刻蚀工艺总结离子束刻蚀机(IBE/50A)背景：利用辉光放电原理将氨气分解为氮离子，氮离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。把Ar、Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。技术指标：装片：一片六英寸衬底、或1片四英寸，向下兼容。抽气速度：3Omin由ATM到1.OxIO-3Pa极限真空度：2xWPa离子能量：300eV-400eV背景：通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学

2、活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，乂有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。另外，由于该系统使用了Cl基和Br基的刻蚀气体，因此该ICP系统适合于对HLV族化合物材料进行刻蚀。技术指标：ICP离子源：。3000WRF射频源：0600W装片：1片四英寸，向下兼容基底刻蚀温度：0oC200c可调。刻蚀气体：BCb、CL、HBrAr.O2可刻蚀材料包括：GaN.GaAs、InP等川-V族化合物材料ICP刻蚀机（STSHRM）背景：通入反应气体

3、使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，乂有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。该系统使用了F基的刻蚀气体，具有BoSCh工艺，适合于对硅材料进行大深宽比刻蚀。技术指标：ICP离子源：0-3000WRF射频源:0600W装片系统：六英寸，向下兼容基底刻蚀温度：0C200c可调。刻蚀气体:SF6、C4F8、02、Ar可刻蚀材料包括：硅材料反应离子刻蚀机(Tegal903e)背景：该设备为t

4、egal903eRIE(ReactiveIonEatching)设备，其原理是利用含有F基的等离子体与SI02及SINx进行反应,达到刻蚀的目的，本设备所提供的气体有SF6、CHF3、02、He,适用于6英寸单片及不规则小片(需要用6寸硅片作为托盘)的SQ2和Si3N4的刻蚀。技术指标：装片系统：一片六英寸衬底，或1片四英寸，小片兼容。可刻蚀材料：SiO2,SiNx刻蚀均匀性：5%以内，刻蚀速率：W500nmmino刻蚀种类干法：气态等离子体中，发生物理或化学反应亚微米尺寸湿法：液态化学试剂中，发生化学反应尺寸大于3微米按材料分：金属刻蚀、介质刻蚀、硅(多晶硅)刻蚀原理上类似于化学气相沉积过程

5、，除了材料是去除而不是沉积由三步组成：等离子体产物到达被刻蚀表面：与表面膜发生反应；反应物从表面移走BoundaryLaverSubstrate刻蚀速率2.刻蚀剖面;3.刻蚀偏差4.选择比5.均匀性6.残留物7.聚合物8.等离子体诱导损伤9.颗粒、沾污和缺陷刻蚀速率R=ATt(nmmin)R正比于刻蚀剂的浓度负载效应：要刻蚀大面积区域，会耗尽刻蚀剂浓度，而使R卜.降：若面枳小，则刻蚀会快一些。刻蚀剖面两种基本剖面:刻蚀偏差各项同性：各项异性：小线宽图形亚微米器件，现今集成电路要求88,89。高深宽比图形窗口：化学刻蚀剂难以进入，反应生成物难以出来解决办法：将等离子体定向推进到高深宽比窗口，离子

6、方向性垂直于表面；高密度等离子体刻蚀后线宽或关键尺寸间距发生变化，通常由横向刻蚀引起，但也能由刻蚀剖面引起。I 1-1,11;衬底选择比被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率之比关键尺寸越小，选择比高求越高。选择比差：1:1选择比好:100-1OOO刻蚀均匀性因为刻蚀速率和刻蚀剖面与图形尺寸和密度有关而产生,II It1:Influenceof:;topographyon1.7JjIqtheetchrate光刻底十1钻蚀/EtSR二E,深宽比相关的刻蚀或微负载效应1jV产生原因:1.被刻蚀膜层中的污染物2.选择比不合适的化学刻蚀3.胶体中的污染物4.膜层中不均匀的杂质分布方法：刻蚀完成后进

7、行过刻蚀：有时采用湿法化学腐蚀去掉聚合物时有意形成，目的是在侧壁上形成抗腐蚀膜，从而防治横向刻蚀，形成高的各项异性刻蚀。光刻胶中的C转化而来，并与刻蚀气体和刻蚀产物结合在一起。在硅刻蚀中，通过控制F/C的比例，形成聚合物，低日C比易于形成侧壁聚合物（侧壁钝化）IonsfPhotoresistIPolysiliconS 上XoxidegWafer等离子体诱导损伤等离子体包含大量的离子，电子和激发原子/分子主要损伤：非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电 荷，引起薄栅氧化硅的击穿；能量离子对暴露的栅氧化层的轰击（典型离子流10,Vcm） 能量300-700坪）cif4 S0 0%cT 必 收Z34

8、-Ratio (F,Q Ct On Phan acNnc SpcoosPlasma (ions. CKlcneUlIaK,二 z- - -.”PthC(o A Auoiooartxxi/斐 ASigxFnlaywI 3cab,deIlfl*2y- - . 500 A Danuge findPectecl/./hydrogensi,teon JpenetrationLocdiaaH7 8t6-碑 u干法刻蚀获得高精度图形转移的常用方法是采用干法刻蚀。主要目的是完成地把掩模图形更制到硅片表面上。干法刻蚀刻一般可分为高压等离子刻蚀、反应离子刻蚀和离子铳三种类型，对应于从高到低Kaufman离子源介绍

9、1960年Kaufman教授开始设计一种用于空间飞行计划的宽束低密度电子推进器，后来Ben实验室的专家们把它应用在地面，开拓了离子束微细加工新局面，后来，人们把这种电子推进器命名为kau6nan离子源。kafman离子源是栅格式离子源，它主要由真空放电室、离子光学系统和中和器组成。放电室又由阴极、阳极、屏栅极筒组成。从热阴极发射出来的电子经过阴极鞘层被加速而获得相应于等离子与阴极电位差的能量，它与进入电离室的气体原子相碰撞，气体原子被电离，形成离子及二次电子，电子与离子形成放电室等离子体。该放电等离子体在发散磁场作用下引向栅网离子光学区。由于离子光学的作用，离子被加速引出，并形成离子束。每个小

10、孔引出的离子束经中和形成带能量的中性离子束。由离子所获得的能量是阳极电压与屏栅电压之和（一般而言，由于阳极电压远小于屏栅电压，故近似考虑屏栅电压为离子加速能量）。该离子束经聚焦后可形成聚焦离子束斑，能量将更加集中。另外离子束也可发散，形成发散离子束，可对大面积工件进行宽束加工。KaUfman离子源可用于离子束纳米薄膜制备、干法离子刻蚀、精密离子铳、材料改性、原子级基板表面清洁等诸多方面。KaUfmaiI离子源产品优点：1、低能量的离子束最大化的避免了高能量离子源在表面和界面上的接触，使得局部温度升高（低温制程）；2、离子束能量和束流密度可以单独调整与控制，大大提高了工艺的灵活性与稳定性；3、更

11、宽的离子束使用范围，适用于大型镀膜机；4、可以在导体、半导体和绝缘体上镀制任何固体物质；5、可以实现原子级薄膜沉积，薄膜均匀、致密、附着力强；6、高真空环境下镀膜，远离等离子体，薄膜污染物小；7、模块化设计，随插即用；8、无高频辐射污染，对操作者无伤害。KalIfman离子源镀膜适用领域：1、微纳传感器2、纳米科技和MEMS器件3、数据存储4、半导体器件5、医疗科技6、精密光学/光电子学7、平版显示8、太阳能科技9、高频和微波10、材料分析KalIfmarI离子源的供电系统KaUfimm离子源分别由阴极电源、阳极电源、屏栅电源、加速栅电源、中和电源供电，供电原理图如下图所示。阴极电源阴极电流表

12、示的是阴极加热电流，在一定范围内，阴极加热电流越大，放电电流越大，放电电流增加引起放电等离子体中离子密度及电子温度增加，使离子束流增加。但阴极电流增加到一定程度时，放电电流不会再增加，这是因为堆积在阴极附近的电子会阻止阴极上的电子离开阴极到达等离子体中。由于空间电荷对阴极发射的限制会大大提高灯丝的加热温度，减少阴极灯丝的寿命，这是不利的。为此，可以适当加大放电电压和/或增加气体流量来避免阴极发射的空间电荷限制。阳极电源调整阳极电压需要十分注意，在使用时往往把阳极电压调高，如6070V,这样容易起弧且能获得较大的放电电流。在离子源起弧后约350V的放电弧压所产生的离子基本上是单荷离子Ai-+,理

13、论上出现双荷离子Ar+的电压约48V左右。因此6070V的放电电压会使双荷离子数量增加到占总离子数的10-20%,双荷离子具有单荷离子两倍的能量,在60-70V时为120140eVo离子源中所有材料的溅射阈值一般为2035eV,3540eV的Ar+在离子源内部不会产生明显的轰击阴极灯丝的溅射。在40140eV能量范围溅射额随离子能量迅速增加。1020%Ar+的以12014OeV能量轰击灯丝表面，溅射量可增加10100倍，其结果是阴极灯丝被大量溅射逸出而侵蚀,使用寿命大大缩短，同时单荷Ar+离子很少从栅孔抽出形成有效离子流，并且灯丝材料W+离子一同抽出在真空室内污染薄膜材料。因此，启动离子源时可

14、以调高阳极电压帮助起弧，在其它参数包括送气量确定后，尽量调低放电电压，可调到息弧的临界值稍大一点即可。屏栅电源屏栅电流反应的是离子束的大小，但真正从离子源引出去的离子束的大小应是屏栅电流与加速电流之差。屏栅电压反应的是离子束中离子的能量。离子所得到的净加速能量是阳极电压与屏栅电压之和（因等离子体电位与阳极电压相近），由于阳极电压远小于屏栅电压，所以通常认为屏栅电压就是离子束的能量，如屏栅电压是IoOoV,那么离子束的能量就是IoOoeV。加速栅电源加速极上加的是负偏压，一方面是为了引出更大的束流，另一方面是为了抑制二次电子和中和电子返流进入放电室。电子返流是不参与工作的，是假的离子束流。如果加速极电压过低，则因电子返流而使离子束流急剧上升。但是如果采用加速极电压太高，则会使离子束发散电场加强，使离子束过于发散，不便于离子束聚焦。加速电流是离子打到加速栅网上的电流，该电流不应大于20niA,否则，会对栅网造成严重的损害。如果电流大于20mA,可适当提高屏栅电压或者减小阴极电流。中和电源中和电流是中和灯丝的加热电流。注意事项启动离子源前，应先确定离子源各极是否接好以及绝缘情况。屏栅对地绝缘、屏栅对加速极绝缘、中和极对地绝缘、加速极对地绝缘、阴极对阳极绝缘、阴极对屏栅绝缘。阳极阴极灯丝加速榻中和灯”