干法等離子刻蝕技術(shù)

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-05-27

在眾多半導(dǎo)體工藝中,刻蝕是決定特征尺寸的核心工藝技術(shù)之--,要在Si襯底上獲得一定的結(jié)構(gòu)就需要刻蝕工藝?？涛g工藝的目的是將膠層掩模上的圖形盡可能精確地轉(zhuǎn)移到下面的硅片上。結(jié)構(gòu)尺寸越小,對刻蝕工藝的要求也就越高。-方面要求高度的各向異性,另一方面要求很高的選擇性和均勻性。在實際生產(chǎn)過程中還要從生產(chǎn)效率的角度考慮，要求提高刻蝕速率?？涛g分為干法刻蝕和濕法刻蝕。

干法刻蝕以等離子體技術(shù)為基礎(chǔ)。這種方法是將被加工的晶片置于等離子體中,在帶有刻蝕性并有一定能量離子的轟擊下,反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì),去除被刻材料。包括除等離子體刻蝕外的其他物理和化學加工方法,例如,激光加工、火花放電加工、化學蒸氣加工，以及噴粉加工等。這些干法加工技術(shù)中,反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)應(yīng)用最廣泛,也是微納米加工能力最強的技術(shù)。干法刻蝕具有各向異性和控制精確等優(yōu)點;但設(shè)備昂貴,過程復(fù)雜,單片成本較高。

干法刻蝕是用等離子體進行薄膜刻蝕的技術(shù)。以等離子體形式存在的氣體,具有兩個特點:一個是,等離子體中的這些氣體化學活性比常態(tài)下時要強很多,根據(jù)被刻蝕材料的不同選擇合適的氣體,就可以更快地與材料進行反應(yīng),達到刻蝕去除的目的;另一個是，可以利用電場對等離子體進行引導(dǎo)和加速,使其具備--定能量,當其轟擊被刻蝕物的表面時,將被刻蝕物的原子擊出,從而達到利用物理上的能量轉(zhuǎn)移實現(xiàn)刻蝕的目的。因此,干法刻蝕是晶圓片表面物理和化學兩種過程平衡的結(jié)果。干法刻蝕又分為物理性刻蝕、化學性刻蝕和物理化學性刻蝕。

物理性刻蝕又稱為濺射刻蝕,它是利用輝光放電將氣體如氬氣電離成帶正電的離子，在低壓(0.13~13Pa)中加偏壓將離子加速轟擊基片表面,通過高能惰性氣體離子和基片表面原子間的能量交換達到去除被刻蝕材料原子的目的。離子刻蝕具有純度高,定向性、均勻性和重復(fù)性好的特點,有很高的刻蝕分辨率(0.01μm),并可通過對離子人射角的控制實現(xiàn)對刻蝕剖面的控制。缺點是:刻蝕速度慢,刻蝕選擇性差,刻蝕時會產(chǎn)生再淀積現(xiàn)象。這種極端的刻蝕方法方向性很強,可以做到各向異性刻蝕,但不能進行選擇性刻蝕。

化學性刻蝕利用等離子體中的化學活性原子團與被刻蝕材料發(fā)生化學反應(yīng),從而達到刻蝕目的。在低壓(13~1300Pa)下對氣體施加高頻電場時,氣體原子或分子與具有一定能量的電子發(fā)生碰撞,電離產(chǎn)生由離子、電子及中性原子和分子組成的等離子體。這種低溫等離子體的電離度小,相當部分是處于激發(fā)態(tài)的原子和分子,具有很強的化學活性，當與被刻蝕物接觸時，發(fā)生化學反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì),達到刻蝕目的。由于在低溫(50~200℃)等離子刻蝕中,離子動能小，主要是活性物質(zhì)(活性基)的化學反應(yīng),幾乎無轟擊作用。另外，因等離子體中的活性物質(zhì)自由程較小,可認為到達欲刻蝕面上各處離子的碰撞概率大致相同,因而刻蝕各向同性。由于刻蝕的核心是化學反應(yīng)(只是不涉及溶液的氣體狀態(tài)),因此刻蝕的效果和濕法刻蝕有些相近,具有較好的選擇性,但各向異性較差。

對這兩種極端過程進行折中,得到目前廣泛應(yīng)用的一-些物理化學性刻蝕技術(shù)。例如，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)和高密度等離子體刻蝕(HDP)是在等離子刻蝕基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種刻蝕方式,在比等離子刻蝕更低的壓力(1.3-130Pa)下進行,反應(yīng)氣體通過放電產(chǎn)生各種活性等離子體,靠射頻濺射使活性離子做固有的定向運動,既獲得高選擇比,又產(chǎn)生各向異性刻蝕,同時活性離子在電場作用下破壞了被刻蝕物質(zhì)的原子鍵及清除了反應(yīng)面上的生成物或聚合物，因而加速了化學反應(yīng)過程。這種刻蝕既有化學作用又有物理作用，有良好的刻蝕效果,同時兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。目前,RIE已成為超大規(guī)模集成電路制造工藝中應(yīng)用最廣泛的主流刻蝕技術(shù)。