等离子刻蚀工艺原理介绍.ppt

等离子刻蚀工艺原理介绍Etch/CSMC2011.10.14,等离子刻蚀工艺原理介绍包含以下几个方面： 等离子体基本概念 等离子刻蚀基本原理 等离子刻蚀应用,概述,Plasma就是等离子体(台湾一般称为电浆), 由气体电离后产生的正负带电离子以及分子, 原子和原子团组成. 只有强电场作用下雪崩电离发生时, Plasma才会产生. 气体从常态到等离子体的转变, 也是从绝缘体到导体的转变. Plasma 一些例子: 荧光灯,闪电, 太阳等.,什么是Plasma,Plasma产生激活态的粒子以及离子. 激活态粒子（自由基）在干法刻蚀中主要用于提高化学反应速率, 而离子用于各向异性腐蚀(Anisotropic etch). 在固定Power输入的气体中, 电离和复合处于平衡状态. 在正负离子复合或电子从高能态向低能态跃迁的过程中发射光子. 这些光子可用于终点控制的检测 半导体工艺Plasma一般都是部分电离, 常规0.01%~10% 的原子/分子电离.,为什么Plasma运用在干法刻蚀中,各向异性刻蚀中的圆片偏压,射频功率通过隔直电容加到圆片背面，这样隔离直流而能通过射频，使圆片和基座充电为负偏压状态(平均).,非对称的腔体中，圆片面积<<腔体面积， 所以较高的鞘层/暗区(Sheath/Dark Space)电压出现在Plasma到圆片之间。

圆片偏压的产生-1,圆片偏压的产生-2,电容耦合: RF功率通过RF电场直接传导到Plasma，涉及到的电极也直接暴露在Plasma中(但是一般有Wafer在基座/电极上). 电感/变压器耦合: RF功率通过RF磁场传导到Plasma, 该磁场诱导产生起电离作用的电场. 电容耦合对产生电离作用不是很有效，因为它的很大一部分能量用于向电极表面运动的离子加速. 电感耦合对Plasma的产生很有效，因为它的能量几乎全部用于离化. 但是电感耦合点燃Plasma不是很有效.在MERIE中，外加磁场也用于提高Plasma的浓度.,Plasma刻蚀中的功率耦合,电容耦合,电感耦合,电容/电感耦合,Plasma Etch是多变量的工艺 --- Bias/TCP(Source)功率 --- Pressure --- Gas Flow --- Temperature --- BSC He --- (Gap) --- (B-Field) --- Process Time,Plasma刻蚀的复杂性,工艺控制和结果,,,,工艺可控变量,,,,Plasma 参数,,,·,Temperature,·,Gas Flows,·,Pressure,·,Power,·,Time,·,(Magnetic Field),,·,Etch Rate,·,Uniformity,·,Selectivity,·,Profile,·,Loading Effects,·,Particulates,·,Residue,·,Damage,,,,结果,,·,Gas density,·,Residence time,·,Ion density,·,DC bias,·,Free radicals,·,Ion energy and,directionality,·,BSC He,·,(Gap),化学性腐蚀工艺的六个步骤,STEP 1. 活性粒子由电子和分子的碰撞产生STEP 2. 活性粒子扩散到反应膜层附近STEP 3. 活性粒子被表面吸附STEP 4. 反应发生STEP 5. 反应生成物能解吸附STEP 6. 反应生成物扩散到气体当中被泵抽走,各向异性腐蚀工艺的两大机理,能量，方向性的离子提供各向异性腐蚀, 它有两种不同的模式: 损伤机理和屏蔽机理.,损伤机理,屏蔽机理,微负载效应机理,为了保证Open和Dense区相同的Etch Rate， 维持工艺Open和Dense区相同的腐蚀剂和生存物通量是非常重要的。

该工艺工作在腐蚀气体耗尽还是饱和区域? 反应副产物在小尺寸区域逃离速度是否与大尺寸区域一致? 离子在小尺寸和大尺寸区域Sidewall上散射不同，对Profile微负载效应造成较大影响 Polymer在小尺寸和大尺寸区域形成速度不同，也对微负载效应造成较大贡献Etch的方向性,Etch的方向由方向性的离子决定 Plasma与电极（阴极）之间的电压差控制离子的能量和方向性 对离子的能量和方向性起关键作业的两个参数是功率和压力Poly Etch平衡图,,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),,物理,,化学,,,,离子轰击HBr+,,,化学腐蚀Cl*,,化学淀积SiBr/HBr(+PR),腐蚀,淀积,Poly Etch各气体作用,Metal Etch平衡图,,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),,物理,,化学,,,,离子轰击BCl3+,,,化学腐蚀Cl*,,化学淀积BCl3(+PR),腐蚀,淀积,Metal Etch各气体作用,SIO2 Etch平衡图,,RF 功率,压力,(磁场),,物理,,化学,,,,离子轰击Ar+,,,化学腐蚀F*,,化学淀积-CF2-(+PR),腐蚀,淀积,SIO2/SiN Etch各气体作用,F/C比率和Polymer的形成,聚合和腐蚀的条件,气体内F/C比率，腐蚀粒子与DC Bias 大小决定了工艺的聚合和腐蚀,驻留时间 = pV/Q 高流量和低压力 –低驻留时间, 反应被吸附的时间也短。

需要较高的泵速, S = Q/p, 达到较短的驻留时间压力作用: 驻留时间,· 改变压力就能改变plasma离子/中性粒子的分布· 高压力导致离子高的再复合速度，降低了wafer 表面的离子通量· 提高压力也增加了离子的碰撞，导致离子能量的损失压力影响: 气流密度,Source/TCP 功率 – 控制气体离化提高Source/TCP功率，提高腐蚀速率提高Source/TCP 功率，就增加了wafer表面的离子通量 提高Source/TCP 功率，就降低了离子能量Source/TCP 功率的作用: Plasma浓度,· Bias 功率 --> 控制离子浓度/能量提高Bias 功率，提高腐蚀速率· 低离子能量 --> 低的碰撞速度· 离子能量影响方向性 --> 高离子能量意味着离子更少偏离原来运动方向Bias 功率的作用: 离子能量,Q&A,问答,。