第六讲 等离子体刻蚀 - 图文 (4)

面积充分小，以减少对器壁的轰击；低气压情况，为保证辉光放电，极间距离应大些，但又要考虑间距过大引起的电场的边缘效应。 （6）气压和射频功率

气压和射频功率对刻蚀的影响有其内在联系，两者对放电特性的影响决定其刻蚀机理，以及活性粒子和离子形成的速率和自偏压等。

80sccm 50sccm55Etching rate(nm/min)50454035302520406080100120140160Pressure(mTorr)

气压对获得各向异性刻蚀具有最直接的关系。在较高的气压下，刻蚀速率的增加往往是由于活性粒子的增多，因而也增加了活性粒子的各向同性刻蚀。与此同时，高气压使自偏压降低。自偏压是决定离子溅射刻蚀机理的关键参数，对于反应离子刻蚀来说，存在一个工作气压范围，超过这个气压范围时将会出现严重的钻蚀。与增加气压的影响相似，提高射频功率也将使离子对活性粒子的比例增加，并伴随着刻蚀速率的提高。利用较高的射频功率，可以获得较高的自偏压，

它可以补偿由于增加气压而使刻蚀的各向异性消失的情况。自偏压Vdc与气压p和射频功率W具有指数关系，表示为

ap?Vdc = C exp??? ?W?其中C和a是常数。

5550Etching rate(nm/min)4540353025206080100120140160180200220RF Power(w)

（7）射频频率

射频频率对等离子体刻蚀的影响尚未得到充分研究。在高频下（通常为13.56MHz）得到的刻蚀特性可能与较低频率下（通常为100～400kHz）的不同。频率能影响离子的轰击能量、保持稳定放电时的电压，并且也影响到有关的化学反应过程，特别是聚合速率。在没有复合机制的情况下，低频时具有的较高碰撞将导致高的刻蚀速率和各向异性；但当存在复杂化学过程时（例如在CCl4中刻蚀Al），低频下容易获得各向同性刻蚀，而在较高频率下可得到各向异性刻蚀。这是由于高频下聚合的趋向增加之故。

总结：等离子体刻蚀工艺的优劣判据：

1、尺寸控制的均匀性

片内均匀性----包括高密度区及大的稀疏区域，微负载效应通常会产生均匀性问题；

片间、批间的均匀性提高也是大生产必须要面对的一个课题。

2、选择性(Selectivity)

被腐蚀材料与掩蔽层（通常是光刻胶）的选择比是最需要考虑的，因为它影响CD，剖面形貌控制，以及胶的厚度。 另外还要考虑对被腐蚀材料衬底层的选择比。 3、较高的腐蚀速率(High Etch Rate)

为保证较高的出片率，要求获得较高的腐蚀速率，通常在腐蚀速率和其它参数之间有些矛盾，如：较高的腐蚀速率可能会降低选择比，增加损伤等，但是，对于深刻蚀，这是重要的技术指标之一。

4、剖面形貌控制(Etch Profile Control)

通常我们希望得到各向异性的剖面，即剖面接近于垂直，一

般要求88-90度角。随着多层结构和高深宽比结构的出现，剖面控制更为关键。 5、低损伤(Low Damage)

对于高密度等离子体系统，如ICP, ECR等，由于等离子体的强轰击会产生一定的损伤。

高的等离子体能量会在硅表面产生电流，从而产生电损伤。 具有一定能量的离子也会使晶格结构产生机械损伤。降低刻蚀损伤对表面微机械的薄膜结构更为重要。 6、侧壁钝化(Side wall Passivation)

无论在腐蚀过程中还是在腐蚀后，侧壁钝化都相当重要。在等离子体腐蚀过程中，光刻胶中的碳与腐蚀气体及反应副产物结合，在侧壁产生聚合物类物质，高深宽比刻蚀利用它进行侧壁钝化，从而实现陡直刻蚀，但是刻蚀后如何将这些聚合物及杂质彻底去除干净也是一个挑战。 7、残余物的去除(Residue Removing)

在反应腔体侧壁沉积一定的残余物是不可避免的，由于需要经常进行清洗，所以它又是一个新的沾污源。控制它的最重要的因素是温度，RF功率，背面冷却及工艺压力等。 8、后腐蚀（Corrosion）

后腐蚀是金属腐蚀面临的重要问题。当腐蚀后的硅片曝露于

空气中时，残留在胶中的氯离子会吸收大气中的水份，生成HCl，又马上腐蚀 Al等其它金属。所以腐蚀后必须立即进行处理。 9. 刻蚀面光洁度

与高宽比轮廓不同，刻蚀面的平滑程度的制约因素更多，也处于相对次要的地位，但是对于一些特殊的用途，它又是关键的。

上述各种特征技术中，刻蚀速率、均匀性、线宽控制、选择比和各向异性能力对高深宽比刻蚀是最关键的。

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