半导体刻蚀工艺技术——ICP.

半导体刻蚀工艺技术——ICP

摘要：ICP技术是微纳加工中的常用技术之一，本文简单介绍了ICP刻蚀技术(inductively coupled plasma)的基本原理和刻蚀设备的结构，对ICP工艺所涉及的化学、物理过程做了简要分析。阐述了ICP刻蚀参数对刻蚀结果的影响以及干法刻蚀的生成物。由于ICP技术在加工过程中可控性高，具有越来越重要的地位。以在硅基MEMS器件的ICP刻蚀为例，详细的介绍了在硅基MEMS制作过程中ICP刻蚀的反应过程，说明了在ICP刻蚀过程中如何实现控制加工深度和角度。据近年来国内外ICP技术的发展现状和发展趋势,对其在光电子器件、半导体氧化物、Ⅲ一V族化合物等方面的应用作了一些简要介绍。

关键词：ICP、刻蚀、参数、模型、等离子体

Process technology of semiconductor etching——ICP

LIU Zhi Wei

（Xi'an Electronic and Science University, School of Microelectronics.1411122908）

Abstract：ICP technology is one of the commonly used in micro nano processing technology，This paper simply introduces ICP etching technology (inductively coupled plasma) structure and the basic principles of etching equipment,To do a brief analysis on the ICP process involved in chemical, physical process.Describes the effects of ICP etching parameters on the etching results and the resultant dry etching. Because the ICP technology in the process of processing high controllability, plays a more and more important role. Using ICP etching in silicon MEMS device as an example, describes in detail in the reaction process of silicon based MEMS in the production process of ICP etching, explains how to realize the control of machining depth and angle in the ICP etching process. According to the development status and development trend at home and abroad in recent years of ICP technology, its application in optoelectronic devices and semiconductor oxide, III a group V compound as well as some brief introduction.

Key words：ICP、etching, parameter, model, plasma

1引言

刻蚀是微细加工技术的一个重要组成部分,微电子学的快速发展推动其不

断向前。从总体上来说,刻蚀技术可分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种,初期的刻蚀以湿法刻蚀为主,但随着器件制作进入微米、亚微米时代,湿法刻蚀难以满足越来越高的精度要求。干法刻蚀技术得以很大进展。干法刻蚀一般为通过物理和化学两个方面相结合的办法来去除被刻蚀的薄膜,因此刻蚀具有各向异性,这就可以从根本上改善湿法所固有的横向钻蚀问题,从而满足微细线条刻蚀的要求。常用的干法刻蚀有很多，ICP技术是其中的一种。ICP刻蚀技术具有刻速快、选择比高、各向异性高、刻蚀损伤小、大面积均匀性好、刻蚀断面轮廓可控性高和刻蚀表面平整光滑等优点,并且ICP与ECR刻蚀设备相比,具有结构简单、外形小、操作简便、便于自动控制、适合大面积基片刻蚀等一系列优点。近年来,ICP刻蚀技术被广泛应用在硅、二氧化硅、Ⅲ-Ⅴ族化合物等材料的刻蚀上,取得了很好的刻蚀效果,可以满足制作超大规模集成电路、MEMS、光电子器件等各种微结构器件的要求。

2 ICP刻蚀技术

2.1 ICP刻蚀技术的基本原理

ICP刻蚀过程中存在十分复杂的化学过程和物理过程，两者相互作用，共同达到刻蚀的目的。ICP刻蚀过程中存在十分复杂的化学过程和物理过程.其中化学过程主要包括两部分:其一是刻蚀气体通过电感辆合的方式辉光放电,产生活性游离基、亚稳态粒子、原子等以及它们之间的化学相互作用;其二是这些活性粒子与基片固体表面的相互作用。

主要的物理过程是离子对基片表面的轰击.这里的物理轰击作用不等同于溅射刻蚀中的纯物理过程,它对化学反应具有明显的辅助作用,它可以起到打断化学键、引起晶格损伤、增加附着性、加速反应物的脱附、促进基片表面的化学反应及去除基片表面的非挥发性残留物等重要作用。对于刻蚀过程中的三个阶段:(1)刻蚀物质的吸附、(2)挥发性产物的形成和(3)产物的脱附,离子的轰击都有重要影响。在不同情况下(不同的刻蚀气体及流量、工作压强、离子能量等)离子轰击对刻蚀的化学过程的加速机理可能有所不同。

人们认为离子轰击机理主要有以下三种:一是化学增强物理溅射。例如,含氟的等离子体在硅表面形成的siFx基与元素si相比,其键合能比较低,因而在离子轰击时具有较高的溅射几率,所以刻蚀的加速是化学反应使得物理溅射作用增强的结果;二是损伤诱导化学反应。离子轰击产生的晶格损伤使基片表面与气体物质的反应速率增大;三是化学溅射.活性离子轰击引起一种化学反应,使其先形成弱束缚的分子,然后从表面脱附。

当利用ICP刻蚀技术,并以碳氟聚合物气体(例如C4FS)作为主要刻蚀气体刻蚀硅时,在稳定的刻蚀状态下硅表面会形成比较厚(Znm、7nm)的聚合物薄层,绝大部分离子不能直接轰击到硅表面上.在这种情况下,离子轰击主要有两方面的作用:一是促进F离子在聚合物中的扩散,加快F离子和聚合物的反应速度;二是使