soc工藝課件 ch11刻蝕技術(shù)

1、P1微電子制造工藝概論第11章 刻蝕技術(shù)P211.1 概述11.2 濕法刻蝕11.3 干法刻蝕11.4 刻蝕技術(shù)新進展本章主要內(nèi)容P311.1概述 刻蝕技術(shù)：就是把光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)換到光刻膠下面的各層材料上去的工藝過程。 ULSI對刻蝕技術(shù)的要求： 圖形轉(zhuǎn)移的保真度：即各項異性程度； 選擇比：兩種不同材料被腐蝕速度之比； 均勻性：不同位置的腐蝕速率不同； 刻蝕的清潔：刻蝕過程中引入沾污，影響圖形的轉(zhuǎn)移精度。 理想的刻蝕工藝必須具有以下特點： 各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒有橫向鉆蝕。 良好的刻蝕選擇性，即光刻膠和其下薄膜的刻蝕速率比被刻蝕薄膜的刻蝕速率小得多，保證刻蝕過程中抗蝕劑掩蔽的有效性

2、； 加工批量大，控制容易，成本低，對環(huán)境污染少，適用工業(yè)生產(chǎn)。P4 刻蝕技術(shù)包含了所有將材質(zhì)表面均勻移除或是有選擇性地部分去除的技術(shù)，可分為濕法刻蝕（Wet Etching）干法刻蝕（Dry Etching） 影響刻蝕工藝的因素：外部因素：包括設(shè)備硬件的配置以及環(huán)境的溫度、濕度影響，對于操作人員來說，外部因素只能記錄，很難改變，要做好的就是優(yōu)化工藝參數(shù)，實現(xiàn)比較理想的實驗結(jié)果。內(nèi)部因素：在設(shè)備穩(wěn)定的情況下對工藝結(jié)果起到?jīng)Q定性作用。 11.1概述P511.1概述 內(nèi)部因素對于刻蝕速率、形貌等均起到重要作用。工作壓力的選擇；RF功率的選擇；ICP功率；襯底溫度和反應(yīng)室溫度；反應(yīng)氣體的選擇和配比。

3、另外，直流偏壓的選擇，控制反射功率，待刻蝕面積的大小、刻蝕材料的差異等等都會影響到刻蝕面的形貌、刻蝕速率，這些都是要考慮的重要因素。 P611.2 濕法刻蝕 濕法刻蝕是利用特定溶液與薄膜間進行的化學(xué)反應(yīng)來去除被刻蝕部分而達到刻蝕目的的技術(shù)。將晶片放在腐蝕液中，通過化學(xué)反應(yīng)去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜圖形。 濕法刻蝕大概可分為三個步驟： 反應(yīng)物質(zhì)擴散到被刻蝕薄膜的表面。 反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)。 反應(yīng)后的產(chǎn)物從刻蝕表面擴散到溶液中，并隨溶液排出。 在這三個步驟中，一般進行最慢的是反應(yīng)物與被刻蝕薄膜反應(yīng)的步驟，也就是說，該步驟的進行速率即是刻蝕速率。P7濕法刻蝕特點：濕法腐蝕工藝簡單，無需復(fù)雜

4、設(shè)備。保真度差，腐蝕為各向同性，圖形分辨率低。選擇比高，對器件不會帶來等離子體的損傷；均勻性好；清潔性較差。通常先利用氧化劑（Si/Al用HNO3）將被刻蝕材料氧化成氧化物（SiO2和Al2O3），再利用另一種溶劑(如Si用HF酸和Al用H3PO4)將形成的氧化層溶解并隨溶液排出。11.2 濕法刻蝕P8參數(shù)說明控制難度濕法化學(xué)腐蝕參數(shù)濃度時間溫度攪動批數(shù)溶液濃度硅片浸在腐蝕槽中的時間腐蝕槽的溫度溶液槽的攪動為了減少顆粒并保持適當(dāng)?shù)娜芤簭姸?，一定批次后必須更換溶液最難控制相對容易控制相對容易控制可適當(dāng)控制有一定難度相對容易控制11.2 濕法刻蝕P911.2.1 硅的濕法腐蝕 各向同性腐蝕：采用強

5、氧化劑對硅進行氧化然后利用HF與SiO2反應(yīng)去掉硅，常用硝酸與氫氟酸和水(醋酸)的混合液?？涛g速率取決于HF和HNO3濃度較低者。 Si+HNO3+6HF H2SiF6+HNO2+H2O+H2 各向異性腐蝕：KOH溶液對硅進行腐蝕，對(100)面的刻蝕速率比(111)面快許多。 Si+2KOH+H2O K2SiO3+H2O抑制硝酸分解V(100):V(110):V(111)=100:16:1P1011.2.2 二氧化硅的濕法腐蝕 HF溶液室溫下與SiO2反應(yīng)而不會刻蝕Si或多晶硅，所以HF是刻蝕SiO2的最佳選擇，反應(yīng)式為: SiO2+6HF SiF6+2H2O+H2 HF酸不斷消耗，反應(yīng)速率

6、隨時間增加而降低，通常在腐蝕液中加入一定量的氟化氨，通過分解可產(chǎn)生HF，維持HF濃度，HF：NH4F：H2O=3mL：6g：10mL，反應(yīng)為： NH4F NH3+HF 影響刻蝕質(zhì)量的因素主要有： 粘附性光刻膠與SiO2表面粘附良好，是保證刻蝕質(zhì)量的重要條件； 二氧化硅的性質(zhì)：不同方法生長的SiO2具有不同特性（V淀積V濕氧V干氧） ； 二氧化硅中的雜質(zhì)：高濃度的磷導(dǎo)致刻蝕速度迅速提升 ； 刻蝕溫度：溫度越高，刻蝕速率越快； 刻蝕時間：取決于刻蝕速率和氧化層厚度；P1111.2.3 氮化硅的濕法腐蝕Si3N4在半導(dǎo)體工藝中主要是作為場氧化層（Field Oxide）在進行局部氧化生長時的屏蔽層及

7、半導(dǎo)體器件完成主要制備流程后的保護層?？梢允褂眉訜?80的H3PO4溶液刻蝕Si3N4，其刻蝕速率與Si3N4的生長方式有關(guān)，例如：用PECVD方式比用高溫LPCVD方法得到的Si3N4的刻蝕速率快很多。高溫的H3PO4會造成光刻膠的剝落，而H3PO4溶液腐蝕氧化硅相當(dāng)慢，腐蝕氮化硅很快。在涂敷光刻膠之前氮化層上先沉積一層氧化層，然后把光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到氧化層上，那么氧化層圖形就成為下道腐蝕氮化物工序的掩膜。P1211.2.4 鋁的濕法腐蝕 鋁或鋁合金的刻蝕溶液主要是加熱的磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液。加熱溫度是3560C，溫度越高，刻蝕速度越快?？涛g反應(yīng)是由硝酸和鋁反應(yīng)生成氧化鋁，再由磷

8、酸和水分解氧化鋁，主要反應(yīng)式為 2Al+6HNO3Al2O3+3H2O+6NO2 Al2O3+2H3PO4 2AlPO4+3H2O通常，溶液的配比，溫度的高低，以及是否攪拌，攪拌的速率等條件，均會影響鋁或者鋁合金的刻蝕速率，常見的刻蝕速率范圍大約在100300nm/min。一般對于絕緣膜或金屬膜都采用這種方式來進行腐蝕，也就是大量溶解這些材料使之轉(zhuǎn)化成可溶性鹽或化合物。P1311.2.5 鉻的濕法腐蝕鉻版復(fù)印中，鉻的刻蝕一般采用酸性硫酸高鈰刻蝕：硫酸高鈰對光致抗蝕劑的穿透性能差，用來做鉻的刻蝕液，可減少鉻版上的針孔。 2Cr + 6Ce(SO4)23Ce(SO4)2+Cr2(SO4)2堿性高錳

9、酸鉀刻蝕：高錳酸鉀作為氧化劑，在堿性介質(zhì)氫氧化鉀中能把鉻氧化為可溶性的亞鉻酸鈉而使鉻溶解。6KMnO4+2Cr+8NaOH 3K2MnO4+3Na2MnO4+2NaCrO2+4H2O酸性鋅接觸刻蝕：刻蝕前用鋅塊劃破鉻版表面，鋅與稀硫酸產(chǎn)生活潑的氫原子，還原鉻表面的氧化膜，接著活潑的鉻與硫酸反應(yīng)，鉻層被迅速刻蝕掉。 2Cr+3H2SO4 Cr2(SO4)3+3H2P1411.2 濕法刻蝕P1511.2.6 濕法刻蝕設(shè)備 濕法刻蝕工藝的設(shè)備主要由刻蝕槽、水洗糟和干燥槽構(gòu)成，其裝置結(jié)構(gòu)如圖所示。 P1611.3 干法刻蝕技術(shù)濕法刻蝕選擇性高，但各向同性的，無法滿足ULSI工藝對加工精細線條的要求。干

10、法刻蝕是利用輝光的方法產(chǎn)生帶電離子以及具有高度化學(xué)活性的中性原子和自由基，這些粒子和晶片反應(yīng)以將光刻圖形轉(zhuǎn)移到晶片上的技術(shù)。，是ULSI的標準腐蝕工藝。依據(jù)等離子放電條件、反應(yīng)氣體、系統(tǒng)的不同，有多種干法刻蝕方式。物理性刻蝕化學(xué)性刻蝕（等離子體刻蝕）物理化學(xué)性刻蝕（反應(yīng)離子刻蝕RIE）P17物理性刻蝕：利用輝光放電氣體電離成帶正電的離子，再利用偏壓將離子加速，濺擊在被刻蝕物的表面而將被刻蝕物的原子擊出的過程。包括濺射刻蝕和離子束銑蝕。濺射刻蝕：利用等離子體中的離子或高能原子對襯底進行轟擊，濺射出襯底原子，形成掩蔽膜圖形。離子束銑蝕：利用高能離子束對襯底進行轟擊，撞擊出襯底原子，形成掩蔽膜圖形。

11、物理刻蝕的特點：各向異性刻蝕，可獲得接近垂直的刻蝕輪廓。但刻蝕選擇性低。轟擊出的物質(zhì)容易沉積在被刻蝕層表面。11.3 干法刻蝕技術(shù)物理刻蝕P1811.3 干法刻蝕技術(shù)化學(xué)刻蝕化學(xué)刻蝕：利用等離子體將刻蝕氣體電離并形成帶電離子、分子及反應(yīng)活性很強的原子團，它們擴散到刻蝕薄膜表面后與刻蝕薄膜表面原子反應(yīng)生成具有揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物，并被真空設(shè)備抽離反應(yīng)腔。化學(xué)刻蝕的特點：高刻蝕速率、高選擇比、損傷小，但為各向同性刻蝕。P19反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Etching，RIE）是等離子化學(xué)性刻蝕和濺射物理性刻蝕現(xiàn)象同時作用的刻蝕，實際是離子輔助刻蝕。設(shè)備特點是被刻蝕襯底放置在功率電極上。RI

12、E是在IC中采用最多的刻蝕方法。RIE刻蝕特點：保真度優(yōu)于化學(xué)性刻蝕，但不如物理性刻蝕。選擇比優(yōu)于物理性刻蝕，但不如化學(xué)性刻蝕RIE刻蝕后在襯底上留有殘余損傷。11.3 干法刻蝕技術(shù)物理化學(xué)刻蝕P2011.3 干法刻蝕技術(shù)P21干法刻蝕特點：與濕法腐蝕比較，優(yōu)點：保真度好，圖形分辨率高；濕法腐蝕難的薄膜如氮化硅等可以進行干法刻蝕。清潔性好，氣態(tài)生成物被抽出；無濕法腐蝕的大量酸堿廢液。缺點設(shè)備復(fù)雜；選擇比不如濕法； 11.3 干法刻蝕技術(shù)特點P2211.3.1 刻蝕參數(shù)干法刻蝕的主要刻蝕參數(shù)有以下幾個方面：刻蝕速率選擇比均勻性側(cè)壁聚合物 P2311.3.1 刻蝕參數(shù)刻蝕速率 刻蝕速率：刻蝕速率：

13、刻蝕過程中，去除被刻蝕表面材料的速率，通常用/min表示。 刻蝕速率由工藝和設(shè)備變量決定，如被刻蝕材料類型、刻蝕機的結(jié)構(gòu)配置、使用的刻蝕氣體和工藝參數(shù)設(shè)置等?？涛g速率通常正比于刻蝕劑的濃度，刻蝕面積越小，刻蝕速率越快（負載效應(yīng)：被刻蝕材料裸露在等離子體中面積較大的區(qū)域時刻蝕速率比在面積較小的區(qū)域時慢，也就是出現(xiàn)局部刻蝕速率不均勻。）。 影響刻蝕速率的主要因素：離子能量和入射角氣體成分氣體流速其它影響因素P24SREf/Er 式中，Ef =被刻蝕材料的刻蝕速率；Er=掩蔽層材料的刻蝕速率（如光刻膠）。 選擇比選擇比：同一刻蝕條件下一種材料與另一種材料相比刻蝕速率快多少，定義為被刻蝕材料的刻蝕速率

14、與另一種材料的刻蝕速度之比。11.3.1 刻蝕參數(shù)選擇比P25 均勻性：均勻性：一種衡量刻蝕工藝在整個硅片上，或整個一批，或批與批之間刻蝕能力的參數(shù)。 均勻性與選擇比有密切的關(guān)系，因為非均勻性刻蝕會產(chǎn)生額外的過刻蝕。保持均勻性是保證制造性能一致的關(guān)鍵。難點在于刻蝕工藝必須在刻蝕具有不同圖形密度的硅片上保證均勻性。 例如圖形密的區(qū)域，大的圖形間隔和高深寬比圖形。均勻性的一些問題是因為刻蝕中速率和刻蝕剖面與圖形尺寸和密度有關(guān)而產(chǎn)生的。 具有高深寬比硅槽的刻蝕速率要比具有低深寬比硅槽的刻蝕速率慢。11.3.1 刻蝕參數(shù)均勻性P26 刻蝕過程中在刻蝕圖形的側(cè)壁上形成抗腐蝕膜從而防止橫向刻蝕，這樣做能形

15、成高的各向異性圖形，因為聚合物能阻擋對側(cè)壁的刻蝕，增強刻蝕的方向性，從而實現(xiàn)對圖形關(guān)鍵尺寸的良好控制。 這些聚合物是在刻蝕過程中由光刻膠中的碳轉(zhuǎn)化而來并與刻蝕氣體和刻蝕生成物結(jié)合在一起而形成的。能否形成側(cè)壁聚合物取決于所使用的氣體類型。11.3.1 刻蝕參數(shù)側(cè)壁聚合物P27 多晶硅與多晶硅化物（即多晶硅上覆蓋有低電阻金屬硅化物）常用作MOS器件的柵極材料。各向異性刻蝕及對柵極氧化層的高選擇比是柵極刻蝕時最重要的需求。柵極刻蝕的要求：對柵極氧化層的高選擇比。各向異性刻蝕。 例如，對1G DRAM而言，其選擇比需超過150（即多晶硅化物與柵極氧化層的刻蝕速率比為150:1）?？涛g多晶硅的三個主要步

16、驟：a.預(yù)刻蝕。用于除去自然氧化層、硬的掩蔽層(SiON)和表面污染物來獲得均勻的刻蝕。減少了刻蝕中掩蔽層污染物帶來的缺陷。b.主刻蝕?？讨两K點。去掉大部分的多晶硅膜，不損傷柵氧化層并可獲得較理想的各向異性側(cè)壁剖面。c.過刻蝕。 去除刻蝕殘留物和剩余多晶硅，并保證對柵氧化層的高選擇比。此時要避免在多晶硅周圍的氧化層形成微槽。11.3.2 多晶硅的干法刻蝕P28Si對SiO2刻蝕選擇比要求足夠高：1）去除階梯殘留，必須有足夠的過渡刻蝕才能避免多晶硅電極間短路的發(fā)生；2）多晶硅一般覆蓋在很薄的柵極氧化層上，如果氧化層被完全刻蝕，則氧化層下的源極和漏極區(qū)域的Si將被快速刻蝕。選擇比的要求：主刻蝕15

17、0:1，為了防止柵氧化層的穿通。過刻蝕250:1，防止多晶硅周圍的柵氧化層形成微槽。11.3.2 多晶硅的干法刻蝕P29刻蝕氣體：傳統(tǒng)上采用氟基氣體，包括CF4, CF4/O2, SF6, C2F6/O2。缺點：氟原子在刻蝕中起主要作用，屬各向同性刻蝕，且選擇比較差，并存在一定的負載效應(yīng)。負載效應(yīng)負載效應(yīng):指當(dāng)被刻材料裸露在等離子體中時，面積較大的刻蝕速率比面積較小的慢，造成局部速率不均勻。為克服上述缺點，改用Cl2:22SiClSiCl22nnSiClSiCl產(chǎn)物之一的SiCl2會形成一層聚合物保護膜：該層聚合物保護膜可保護側(cè)壁，造成各向異性刻蝕。為了兼顧刻蝕速率和選擇比，也有人使用混合氣體

18、： SF6 + CCl4 + CHCl3 另外，溴化氫HBr也是目前較常用的氣體，以它刻蝕的多晶硅對二氧化硅的選擇比高于以氯為主的等離子氣體。11.3.2 多晶硅的干法刻蝕P30刻蝕氣體：氟碳化合物，包括CF4, C2F6 , C2F8 。以CF4為例來說明等離子體產(chǎn)生與刻蝕SiO2的過程。422CFFCF22422SiOCFSiFCO2442SiOFSiFOSiO2的刻蝕反應(yīng)：Si的刻蝕反應(yīng)：2422SiCFSiFC44SiFSiFCF4對多晶硅的選擇不太好，F(xiàn)原子與Si的反應(yīng)非常快，約為SiO2的10-1000倍。在RIE系統(tǒng)中， CF4大多被分解成CF2，因此可得到不錯的SiO2/Si刻

19、蝕選擇比。而在螺旋波等離子體刻蝕中， CF4大多被分解成F，因此SiO2/Si刻蝕選擇比反而不好。11.3.3 二氧化硅的干法刻蝕P31氧的作用422CFOFCOF加入氧后，氧會和CF4反應(yīng)生成氟原子，進而增加氟原子的量并提高刻蝕速率。氧含量超過某一特定值后，兩者的刻蝕速率下降，這是因為氟原子結(jié)合成F2，使氟原子減少。22222OFFOFOFFO加入氧后，二氧化硅對硅的刻蝕速率選擇比將下降。11.3.3 二氧化硅的干法刻蝕P32氫的作用22HHHFHF加入氫后，氫氣會離解成氫原子，并與氟原子發(fā)生反應(yīng)生成氟化氫。HF對二氧化硅的刻蝕速率比F慢，刻蝕速率略有下降。而對Si的刻蝕速率下降更明顯。氫含

20、量超過某一特定值后，會有聚合物產(chǎn)生阻礙Si/SiO2與F/CF2的接觸，而使刻蝕停止。22nnCFCF常用的刻蝕氣體CHF3和Cl2的混合氣體： CHF3有較佳的選擇性。SF6和NF3的混合氣體：不含碳原子，所以不會形成聚合物。11.3.3 二氧化硅的干法刻蝕P3311.3.4 氮化硅的干法刻蝕 Si-N鍵強度介于Si-O、 Si-Si之間， Si3N4的刻蝕速率介于SiO2和Si之間，刻蝕SiO2的氣體可用于氮化硅的刻蝕。 LPCVD Si3N4 作為選擇性氧化或擴散的掩膜，CF4+O2+N2作為刻蝕氣體。 PECVD Si3N4作為器件保護層，刻蝕壓焊點窗口用CF4+O2作為刻蝕氣體。 以

21、CF4, 為主的氟基氣體，對Si3N4/SiO2選擇比較差。使用CHF3，對SiO2/Si的選擇比可以在10以上。P3411.3.5 鋁及鋁合金的干法刻蝕 鋁是半導(dǎo)體工藝中最主要的導(dǎo)體材料。它具有低電阻，易于淀積和刻蝕等優(yōu)點。氟化物氣體所產(chǎn)生的等離子體并不適用于鋁的刻蝕，因為反應(yīng)產(chǎn)物的蒸氣壓很低不易揮發(fā)，很難脫離被刻物表面而被真空設(shè)備所抽離。鋁的氯化物則具有足夠高的蒸氣壓，因此能夠容易地脫離被刻物表面而被真空設(shè)備所抽離。所以氯化物氣體所產(chǎn)生的等離子體常被利用作為鋁的干法刻蝕源。氯對鋁有極高的化學(xué)刻蝕速率并且在刻蝕時會有橫向鉆蝕現(xiàn)象。加入含炭氣體或氮氣以形成鈍化膜。P35添加氣體：BCl3作用：

22、BCl3極易和氧、水反應(yīng)，因此可吸收腔內(nèi)水汽及氧氣。 BCl3在等離子體中可將鋁表面的自生氧化層還原。 環(huán)境暴露問題：鋁線條側(cè)壁上殘留的氯和光刻膠傾向于與空氣中水分子反應(yīng)生成HCl，它對鋁有腐蝕作用。解決方法：將晶片暴露在CF4中，對CF4放電實現(xiàn)用F交換Cl，之后對氧放電去除光刻膠，接著立即浸入去離子水中清洗。11.3.5 鋁及鋁合金的干法刻蝕 P36具有優(yōu)良的沉積一致性。當(dāng)金屬寬度小于0.5um時，用濺射方法得到的Al無法完美填入接觸窗而造成接觸阻值較高，甚至無接觸。因此，在半導(dǎo)體金屬制備中使用CVD法沉積耐熱金屬填入接觸窗，取代部分鋁，這種方法稱為接觸插塞(Contact Plug)或介

23、質(zhì)窗插塞(Via Plug)。優(yōu)點：有完美的淀積均勻覆蓋性。氟基與氯基化合物均可以刻蝕鎢，且生成揮發(fā)性產(chǎn)物。常用的插塞金屬：鎢、鈦、鉑金、鉬等。接觸窗插塞步驟：a.淀積鋁之前先淀積Ti和TiN。為了克服鋁與介質(zhì)層附著力問題并降低接觸電阻,提高器件穩(wěn)定性。b.快速熱處理以產(chǎn)生鈦硅化合物。c.CVD淀積W金屬使其填入接觸窗。d.利用干法刻蝕將介電層表面的W金屬去除，留下接觸窗內(nèi)的W，完成接觸窗插塞。鎢回蝕11.3.5 鎢的刻蝕 P37刻蝕氣體：SF6、Ar、O266WFWFWF6常溫下為氣體，較易排出腔外。但由于SF6的存在，最終產(chǎn)物有硫產(chǎn)生，造成反應(yīng)室內(nèi)氣壓較低，產(chǎn)生沉積，導(dǎo)致鎢回蝕不凈。Ar的

24、作用： 通過Ar的離子撞擊去除晶片表面沉積的硫，減少鎢回蝕不凈現(xiàn)象。氧的作用： 加強氟化物氣體的電離效率，減少保護層沉積量。11.3.5 鎢的刻蝕 P3811.3.7 干法刻蝕設(shè)備干法刻蝕設(shè)備 干法刻蝕設(shè)備：干法刻蝕設(shè)備：最常見的是平行板電極反應(yīng)器，即反應(yīng)離子刻蝕機(Recative Ion Etcher，RIE)；在RIE中加入磁場，提高等離子體的濃度，磁場強化活性離子刻蝕機（Magnetic Enhanced Recative Ion Etcher，MERIE）；高密度等離子體刻蝕機（High Density Plasma Etcher，HDP）；電子回旋共振式等離子體刻蝕機（Electr

25、on Cyclotron Resonance Plasma Etchers， ECRPE）；變壓耦合式等離子體刻蝕機（Transformer Couple Plasma， TCP）；感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機（Inductively Coupled Plasma Reactor，ICPR）；螺旋波等離子體刻蝕機；P3911.3.7 干法刻蝕設(shè)備干法刻蝕設(shè)備 反應(yīng)離子刻蝕機反應(yīng)離子刻蝕機(RIE)：包含一個高真空的反應(yīng)腔，壓力范圍0.01-1Torr。腔內(nèi)兩個平行板，一個電極與反應(yīng)器的腔璧接地，另一個電極與晶片夾具接在RF產(chǎn)生器上。優(yōu)點：構(gòu)造簡單。加工成本低。物理濺射較強。缺點：增加等離子體密度的同

26、時，也加大離子轟擊能量，從而破壞膜或晶片結(jié)構(gòu)。三電極RIE，將等離子體產(chǎn)生與離子加速分開控制，達到增加等離子體密度而不增加離子轟擊能量的需求。P4011.3.7 干法刻蝕設(shè)備 磁場強化活性離子刻蝕機（磁場強化活性離子刻蝕機（MERIE） ：在傳統(tǒng)的RIE中加上了永久磁鐵或線圈，產(chǎn)生與晶片平行磁場，此磁場與電場垂直。電子在該磁場的作用下以螺旋的方式運動，可避免電子與腔體發(fā)生碰撞，產(chǎn)生較高密度的等離子體。P41 為什么要研究高密度等離子體刻蝕： 傳統(tǒng)的刻蝕系統(tǒng)(如平板式，圓筒式)在對于0.25um及以下尺寸的幾何圖形，由于等離子體密度較小，刻蝕基難以進入高深寬比圖形并使刻蝕產(chǎn)物從高深寬比圖形中出來

27、。限制了刻蝕速率即圖形深度。解決方法： 增加氣體分子和離子的平均自由程降低腔內(nèi)壓力。但腔內(nèi)壓力降低會帶來離子密度的降低，從而降低刻蝕速率。 增加等離子體密度，用以在低壓下獲得可接受的刻蝕速率。高密度一般為等離子體密度為1011-1013cm-3，低氣壓指20mTorr。優(yōu)勢：臨界尺寸控制較好、刻蝕速率更高、選擇性好、對襯底損傷小、各向異性刻蝕高。高密度等離子體高密度等離子體(HDP)刻蝕刻蝕11.3.7 干法刻蝕設(shè)備 P42 反應(yīng)器把微波源和靜態(tài)磁場聯(lián)系起來，使電子能量與外加電場發(fā)生共振，從而產(chǎn)生高度分離與離子化現(xiàn)象。 靜態(tài)磁場的作用： 以一定角頻率會聚電子圍繞磁力線旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電子旋轉(zhuǎn)的角頻率等

28、于外加微波頻率時，則發(fā)生共振。 缺點：有效使用面積小，約6英寸。 電子回旋共振等離子體刻蝕電子回旋共振等離子體刻蝕(ECR)：通過單獨控制等離子體參數(shù)(電子能量、等離子體密度、反應(yīng)物密度等)，解決刻蝕過程中致傷轟擊問題。11.3.7 干法刻蝕設(shè)備 P4311.3.7 干法刻蝕設(shè)備干法刻蝕設(shè)備 感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕機（感應(yīng)耦合式等離子體刻蝕機（ICPR）：通過用絕緣板或石英管與等離子體隔開的螺旋線圈產(chǎn)生高密度的等離子體。優(yōu)點：晶片不受電磁場影響。能在高深寬比窗口中獲得各向異性的側(cè)壁剖面。結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。P4411.3.7 干法刻蝕設(shè)備 螺旋波等離子體刻蝕機：螺旋波等離子體刻蝕機：由石英制成

29、的等離子體來源腔和刻蝕腔組成。等離子體來源腔包含一個天線，用以激發(fā)13.56MHz的橫向電磁波。另外在石英腔外圍繞兩組線圈，產(chǎn)生縱向磁場，并與橫向磁場產(chǎn)生共振，形成所謂的螺旋波。采用這種方式，電磁波可以將能量完全傳給電子，從而獲得高密度等離子體。P4511.3.8 終點檢測 干法刻蝕對下層材料的刻蝕選擇性小，因此必須配備指示什么時候刻蝕過程結(jié)束的監(jiān)測器。通過使用終點檢測器可以計算出刻蝕結(jié)束的準確時間，進而準確地控制過度刻蝕的時間，以確保多次刻蝕的重復(fù)性。 常見的終點檢測（End Point Detection）設(shè)備有三種：發(fā)射光譜分析（Optical Emission Spectroscopy

30、，OES）、激光干涉測量（Laser Interferometry）、質(zhì)譜分析（Mass Spectroscopy）。P46 發(fā)射光譜分析發(fā)射光譜分析(OES)：利用檢測等離子體中某種波長光線強度變化來達到終點檢測的目的。要檢測的光線的激發(fā)是由于等離子體中的原子或分子被激發(fā)到某種激發(fā)態(tài)，再返回到低能量狀態(tài)時，伴隨光發(fā)射。不同原子激發(fā)的光線波長不同，光線強度的變化反映了等離子體中原子或分子濃度的變化。 檢測波長的方法： 反應(yīng)物在刻蝕終點處光強增加； 反應(yīng)物在刻蝕終點處光強減小。11.3.8 終點檢測 P47優(yōu)點：優(yōu)點： 容易加在刻蝕設(shè)備上，并且不影響刻蝕結(jié)果。容易加在刻蝕設(shè)備上，并且不影響刻蝕結(jié)果。 可對反應(yīng)的微小變化做出反應(yīng)，并提供有關(guān)刻蝕反應(yīng)的很多有用信息?？蓪Ψ磻?yīng)的微小變化做出反應(yīng)，并提供有關(guān)刻蝕反應(yīng)的很多有用信息。缺點：缺點： 光線強度正比于刻蝕速率，若刻蝕速率較慢則很難檢測。光線強度正比于刻蝕速率，若刻蝕速率較慢則很難檢測。 若刻蝕面積很小，則會由于信號強度不足而很難檢測。若刻蝕面積很小，則會由于信號強度不足而很難檢測。11.3.8 終點檢測 P48 激光干涉測量法：激光干涉測量法：檢測透明的薄膜厚度的變化，當(dāng)停止變化時即是刻蝕終點。 激光垂直射入薄膜，射入薄膜前被反射的光線和穿透膜后被下層材料反射的光線發(fā)生干涉，形成周期變化的波。振蕩周