干法刻蚀工艺总结

干法刻蚀工艺总结

离子束刻蚀机（IBE-150A）

背景:

利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子，氩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：30min由ATM到1.0×10-3Pa

极限真空度：2×10-4Pa

离子能量：300eV-400eV

ICP刻蚀机（OXFORD ICP 180）

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，又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Ⅲ-Ⅴ族化合物材料进行刻蚀。

技术指标：

ICP离子源：0~3000W

RF射频源：0~600W

装片：1片四英寸，向下兼容

基底刻蚀温度：0℃-200℃可调。

刻蚀气体：BCl

3、Cl

2

、HBr、Ar、O

2

可刻蚀材料包括：GaN、GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料

ICP刻蚀机（STS HRM）

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，又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：0-3000W

RF射频源：0-600W

装片系统：六英寸，向下兼容

基底刻蚀温度：0℃-200℃可调。

刻蚀气体：SF6、C4F8、O2、Ar

可刻蚀材料包括：硅材料

反应离子刻蚀机（Tegal 903e）

背景:

该设备为tegal 903e RIE（Reactive Ion Eatching）设备,其原理是利用含有F基的等离子体与SIO2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、O2、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SiO2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，SiN x

刻蚀均匀性：±5%以内，

刻蚀速率：≤500nm/min。

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，除了材料是去除而不是沉积

由三步组成：(1) 等离子体产物到达被刻蚀表面；(2) 与表面膜发生反应；(3)反应物从表面移走

刻蚀参数

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=ΔT/t（nm/min）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下降；若面积小，则刻蚀会快一些。

刻蚀剖面

两种基本剖面：

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，离子方向性垂直于表面；高密度等离子体

刻蚀偏差

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。

刻蚀偏差=Wb-Wa

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：100-1000 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，深宽比相关的刻蚀或微负载效应

残留物

产生原因：

r f R E E =S

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F/C比易于形成侧壁聚合物（侧壁钝化）

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1015/cm2，能量300-700eV）

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复制到硅片表面上。