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1、第l期《红外》月刊半导体工艺中的新型刻蚀技术ICP王晨飞—,,(中国科学院上海技术物理研究所上海200083)摘要本文详细介绍了电导祸合等离子体(IepInduetiveeoupledPlasma)刻蚀一技术的基本原理及相关工艺设备机构.根据近年来国内外ICP技术的发展现状和发,、、m一v展趋势对其在光电子器件半导体氧化物族化合物等方面的应用作了一些简要介.绍关镇词ICP等离子体蚀刻1引言美国生产刻蚀机的主要厂商LAM和AM公司在20世纪80年代末开始进行ICP的研究工离子束刻蚀是利用离子束轰击固体表面的,,作并在20世纪o年代初先后推出了高密度电溅射现象对
2、图形进行剥离加工的一种微细加.CPTC.工工艺.1965年,Broers刻出To25拼m的金导祸合等离子体刻蚀机(I或P)其基本工,作原理就是利用绕在细玻璃管上的螺旋状线圈铂线条首次显示了这种工艺的超精细加工能..,通以射频电流来引发放电从而产生等离子体力20世纪70年代随着固体器件向亚微米,它很早便被应用于聚合膜的制备及垂直层流灰级线宽方向发展这种工艺引起了人们的高度.,、化等加工处理中由于利用电导韧合型放电很重视被广泛用在超大规模集成电路动压气、、,浮轴承、声表面波器件、磁泡存储器、集成光容易获得低压力高密度大口径等离子体故.,路、电荷藕合器件、计量光栅
3、、高频压电晶体器ICP又受到了更多关注按射频天线形状最近、、开发的ICP可分为圆筒型螺旋天线ICP平面件热电探测器以及透射电子显微镜准备的样.型螺旋线圈ICP(它们的特点是线圈均设置在等品等各领域,离子体真空室外面)以及插入式线圈ICP(其特离子束刻蚀和其他腐蚀工艺相比具有以.:点是天线线圈插进等离子体内部)三类除此下特点,(l)具有超精细加工能力;之外还有一种是在圆筒型螺旋线圈外侧放置(2)对任何材料均可腐蚀;一接地的圆筒型导体构成共振器的螺旋共振器.;ICP(基本上与圆筒型螺旋天线ICP同类型)(3)可以控制蚀刻图形的侧壁倾角、、(4)对抗蚀剂图形缺陷(
4、渣滓粘附条纹)ZlcP刻蚀技术;不敏感.5;21刻蚀技术介绍()具有很好的重复性及一致性,,、通常刻蚀技术分为湿法刻蚀和干法刻蚀(6)衬底浸演在等离子体中工作温度低.气压低;两种湿法刻蚀是通过使化学溶液与被刻蚀材.(7)离子束能量与气压无关.在很宽的范围料产生化学反应而去除被刻蚀物质的方法湿,,、;法刻蚀的特点是各向同性会有侧向腐蚀而产内电流密度与气压电压无关:一一收稿B期2004115:,,,作者简介王晨飞(1976)男天津人现为中国科学院上海技术物理研究所,一.助理研究员主要从事McT焦平面探测器工艺研究INFR^RED(MoNTH贾)/J^N2005《
5、红外》月刊205年,.,rc生钻蚀现象(undeut)从而导致线宽失真特欲刻蚀材料两者会同时被刻蚀因而刻蚀选择.别是微细线条的光刻更为困难因而在微细加性偏低.而且被击,出的物质并非挥发性物质,.工中湿法刻蚀已逐渐被干法刻蚀所替代干这些物质容易再沉积在被刻蚀薄膜表面及侧壁、法刻蚀是利用辉光放电的方式产生包含有正上.因此,以完全物理方式的干刻蚀方法,在、、v负离子电子高度化学活性的中性原子及自超大规模集成电路(Lsl)制造过程中很少被使,由基在内的等离子体从而去除衬底材料上需.用.刻蚀的部分的,,而化学性刻蚀或称等离子刻蚀是利用,随着IC进入深亚微米时代线条变得
6、越来等离子将刻蚀气体解离产生带电离子、分子、电.,、越细一些工艺结构如深槽回填平坦化侧子及反应性很强的原子团的.此原子团扩散到,墙自对准隔离等工艺的应用已使图形转移的被刻蚀薄膜表面,与被刻蚀薄膜表面原子反应,概念超出了光刻工艺的范畴可以直接通过薄,形成具有挥发性的生成物并被真空设备抽离.膜淀积和等离子刻蚀的结合来完成上述工艺.,反应腔由于此反应完全利用化学反应完成,另一方面MOS技术的发展及MEMS和光波故称为化学性刻蚀.此刻蚀方式与前面所述的,、、、导等技术的需求对氮化硅氧化硅多晶金,只湿法刻蚀类似是反应物的状态从液态变成、一v属层1族半导体和合金等不同物
7、理材料了气态,且以等离子来促进.反应速度所以化.,的刻蚀提出了更高的要求另外虽然等离子,学性干法刻蚀有与湿法刻蚀类似的优缺点对刻蚀技术已成为当今半导体工业中使用频率最、,掩膜基底有较高的选择比且也有各向同性,高的工艺但由于等离子刻蚀技术本身涉及物,,刻蚀现象所以在半导体制程中纯化学刻蚀理、化学、机械和自动控制等多学科,而且刻,通常在刻蚀不需图形转换的步骤中应用如用蚀的工艺结果又与工艺气体的种类、流量、配于光刻胶的去除.比、反应压力、功率密度和设备结构等诸多因使用最广泛的方法是结合物理性的离子轰,,素有关因此可以说等离子刻蚀技术是微电.子工艺中最复杂的工艺.也
8、正是基于以上两个击与化学反应的刻蚀此法兼具各向异性与
