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1、1等離子體刻蝕21.等離子體刻蝕的基本原理2.等離子體刻蝕技術(shù)的發(fā)展3.等離子體刻蝕的工藝3一、等離子體刻蝕基本原理等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性反應(yīng)物而被去除。這種腐蝕方法也叫做干法刻蝕。41.等離子體刻蝕是集成電路制造中的關(guān)鍵工藝之一,其目的是完整地將掩膜圖形復(fù)制到硅片表面。 二、等離子體刻蝕技術(shù)的發(fā)展5圖1顯示了這種反應(yīng)室的剖面示意圖和重要的實驗參數(shù),它是由下列幾項組成：一個真空腔體和真空系統(tǒng),一個氣體系統(tǒng)用于提供精確的氣體種類和流量,射頻電源及其調(diào)節(jié)匹配電路系統(tǒng)。等離子

2、刻蝕可以概括為以下幾個步驟： 在低壓下,反應(yīng)氣體在射頻功率的激發(fā)下,產(chǎn)生電離并形成等離子體,等離子體是由帶電的電子和離子組成,反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下,除了轉(zhuǎn)變成離子外,還能吸收能量并形成大量的活性基團 活性反應(yīng)基團和被刻蝕物質(zhì)表面形成化學(xué)反應(yīng)并形成揮發(fā)性的反應(yīng)生成物 反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面,并被真空系統(tǒng)抽出腔體。 6圖2.等離子體反應(yīng)刻蝕7RIE 反應(yīng)離子刻蝕隨著芯片尺寸的不斷擴大及圖形尺寸的不斷減小,平行電極等離子刻蝕設(shè)備在過去20年中已得到了很大的改進(jìn),雖然其原理還是一樣,但最大的改進(jìn)在反應(yīng)腔室周圍加上磁場。由于電子在磁場和電場的共同作用下將作圓柱狀回旋運動而不是電場下的直線

3、運動,磁場的存在將直接導(dǎo)致反應(yīng)氣體電離截面的增加,磁場的引進(jìn)會增強離子密度,并使得等離子刻蝕技術(shù)可以在更低氣壓下得以運用（10mT)。由于離子密度的增加,撞擊表面的離子能量也可以在不降低刻蝕速率的情況下被降低,從而提高刻蝕選擇比。 8圖3.RIE模式結(jié)構(gòu)示意圖9等離子體刻蝕理論基礎(chǔ)在平行電極等離子體反應(yīng)腔體中,被刻蝕物是被置于面積較小的電極上,在這種情況,一個直流直流偏壓偏壓會在等離子體和該電極間形成,并使帶正電的反應(yīng)氣體離子加速撞擊被刻蝕物質(zhì)表面,這種離子轟擊可大大加快表面的化學(xué)反應(yīng),及反應(yīng)生成物的脫附,從而導(dǎo)致很高的刻蝕速率刻蝕速率,正是由于離子轟擊的存在才使得各向異性刻蝕各向異性刻蝕得以

4、實現(xiàn)。10圖4.各向同性與各向異性的比較11表1.集成電路集成度的發(fā)展12ICP 電感耦合等離子刻蝕當(dāng)被刻蝕的線條寬小于0.25mm時,MERIE在控制刻蝕性能遇到了挑戰(zhàn),于是電感耦合等離子刻蝕（Inductive Coupled Plasma-ICP）便應(yīng)運而生。ICP反應(yīng)室是在RIE反應(yīng)室的上方加置線圈狀的電極,并通過電感耦合達(dá)到增強等離子密度的效果。目前在高端芯片生產(chǎn)中的導(dǎo)電體刻蝕基本上都采用ICP反應(yīng)腔體技術(shù),其優(yōu)點是可以用上下兩組電極分別控制離子的密度和能量以上下兩組電極分別控制離子的密度和能量以達(dá)到最優(yōu)化的組合達(dá)到最優(yōu)化的組合,這也是MERIE系統(tǒng)所無法比擬的。13圖5.簡易ICP

5、刻蝕裝置原理輪廓圖14ECR（電子回旋共振）等離子體刻蝕（電子回旋共振）等離子體刻蝕微波放電具有3個優(yōu)點 ：首先 ，電子在間隙內(nèi) 的振蕩能獲得足夠的能量來產(chǎn)生電離，這樣放電就不必依賴于器壁和電極上產(chǎn)生的二次電子的產(chǎn)額就能維持；其次，由于電子振蕩，電子碰撞的幾率增加，以至于在低至幾毫托壓強時也能進(jìn)行操作；第三個優(yōu)點是放電內(nèi)部的電極可以用絕緣材料覆蓋。ECR等離子體源以其具有高等離子體密度 (10101012cm-3)、高電離度(10)、低工作氣壓(0.410mTorr) 、良好的均勻性、簡單的工藝設(shè)備，及參數(shù)易于控制等優(yōu)點成為目前研究最為深入，應(yīng)用最為廣泛的等離子體源。15圖6.ECR刻蝕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖16偏壓效應(yīng)在等離子體材料制備、處理、刻蝕等工藝過程中，離子轟擊效應(yīng)是一種促進(jìn)等離子體與材料相互作用的關(guān)鍵機制，這也使得偏壓技術(shù)應(yīng)用到了等離子體 工藝的各個方面。在等離子體刻蝕過程中，離子轟擊效應(yīng)更發(fā)揮著其它技術(shù)不可替代的作用，是促進(jìn)表面物理、化學(xué)反應(yīng)，提高刻蝕速率和達(dá)到較高各向異性的關(guān)鍵手段。 17偏壓偏壓外置式偏壓外置式偏壓自偏壓自偏壓直流直流射頻射頻脈沖脈沖18圖7.等離子體刻蝕過程示意圖三、等離子體刻蝕工藝191.形成薄膜2.涂抗蝕劑（光刻膠）3.通過掩膜版曝光4.顯影 (顯影液沖洗曝光部分) （以上步驟合起來叫光刻工藝）5.利用等離子體刻蝕沒有覆蓋光刻膠的薄