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1、物理学和高新技术*等离子体刻蚀工艺的物理基础戴忠玲毛明王友年(大连理工大学物理系三束材料表面改性国家重点实验室大连116024)摘要介绍了等离子体刻蚀工艺背景以及有关等离子体刻蚀机理的研究进展,综述了等离子体刻蚀机理的研究方法,着重阐述了电容耦合放电和电感耦合放电等离子体物理特性,特别是双频电容耦合放电等离子体和等离子体鞘层研究中的关键问题.关键词等离子体,刻蚀,电容耦合放电,电感耦合放电,双频,鞘层ThephysicsofplasmaetchingDAIZhongLingMAOM
2、ingWANGYouNian(StateKeyLaboratoryofMaterialsModificationbyLaser,Electron,andIonBeams,DepartmentofPhysics,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)AbstractThebackgroundandprogressinthedevelopmentofplasmaetchingprocessesarereviewed.Studiesofthemechani
3、smofcapacitively-andinductively-coupleddischargesarediscussed,especiallythekeyproblemsofdualfrequencycapacitively-coupleddischargeandplasmasheaths.Keywordsplasma,etching,capacitivelycoupleddischarge,inductivelycoupleddischarge,dualfrequency,sheath把这种待加工的硅晶
4、片放置到具有化学活性的低温1引言等离子体中(见图1),进行等离子体刻蚀.这种具有化学活性的等离子体通常是由氯气或碳氟气体放电目前,低温等离子体微细加工手段是材料微纳产生的,它不仅含有电子和离子,还含有大量的活性加工的关键技术,因为它是微电子、光电子、微机械、****自由基(如Cl,Cl2,F,CF等).这些活性基团沉微光学等制备技术的基础.特别是在超大规模集成积到裸露的硅晶片上时,与硅原子相互结合而形成电路制造工艺中,有近三分之一的工序是借助于等挥发性的氯化硅或氟化硅分子,从而对晶片进行各离子体加工完成的,如等离子
5、体薄膜沉积、等离子体向异性刻蚀.另一方面,为了控制轰击到晶片上离子刻蚀及等离子体去胶等,其中等离子体刻蚀成为最的能量分布和角度分布,还通常将晶片放置在一个为关键的工艺流程之一,是实现超大规模集成电路施加射频或脉冲偏压的电极上面,在晶片的上方将生产中的微细图形高保真地从光刻模板转移到硅片形成一个非电中性的等离子体区,即鞘层.等离子体上不可替代的工艺.目前在一些发达国家的实验室中的离子在鞘层电场的作用下,轰击到裸露的晶片里,刻蚀线宽已经突破0.1m,并开始考虑挑战纳表面上,并与表面层的硅原子进行碰撞,使其溅射出米芯片的
6、加工技术.来,从而实现对晶片的各向异性刻蚀.在等离子体刻蚀工艺中,首先是在把硅晶片上等离子体刻蚀工艺的核心问题是在提高刻蚀速面涂抹一层由碳氢化合物构成的光敏物质,并在光敏物质上盖上具有一定图形规则的金属模板.然后*国家自然科学基金(批准号:10572035)资助项目2006-01-10收到进行紫外曝光,使部分晶片的表面裸露出来.接着再通讯联系人.Emai:lynwang@dlu.tedu.cn35卷(2006年)8期http:www.wul.iac.cn693物理学和高新技术
7、2.1电感耦合等离子体电感耦合等离子体(ICP)可以通过电流线圈缠绕充满气体的石英玻璃管进行放电来产生,电流源的频率通常为射频,即13.56MHz.用这种方法已有近百年的历史了,不过在早期研究中,由于放电气压25较高(1010Pa),产生的等离子体主要用于光源和电弧.在20世纪90年代,人们发现这种电感耦合放电可以在很低的工作气压(0.11Pa)下进行,而1718-3且可以产生高密度的等离子体(在1010m),特别是不需要引入外磁场来增强这种放电.正是由图1在电容耦合放电等离子体(CCP)中进行的刻蚀过程示意图于
8、这些优点,近年来这种等离子体已经广泛地应用于硅半导体的刻蚀工艺中.率的同时,又能保证刻蚀过程具有较高的均匀性、较有两种不同方式的电感耦合放电:一种是将射高的各向异性以及较低的辐照损伤.这不仅仅是一频线圈缠绕在柱状放电室的侧面,而另一种则是把个单纯的技术性问题,更重要地是要对刻蚀过程中线圈放置在放电室的顶部,如图2(a)和(b)所示.涉及到的一些
