等离子体刻蚀

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1、等离子体刻蚀潘华勇1）介绍等离子体刻蚀在刻蚀方法中的位置2）刻蚀参数3）刻蚀的微观机理4）具体的仪器原理介绍（RIE、ICP和ECR）5）具体实验参数对刻蚀的影响6）本实验室刻蚀仪器的介绍（TRIONTECHNOLOGYMINILOCKIIIICP）（1）外观，结构，实验参数，一些材料的刻蚀工艺参数，厂家提供的一些刻蚀材料的情况；（2）实验步骤；7）作业8)参考文献干法刻蚀的一般用途：光刻后的图形转移，器件的剥离等，湿法刻蚀无法完成的各向异性刻蚀。等离子体刻蚀在刻蚀方法中的位置1.干法刻蚀的定义：除湿法以外的刻蚀

2、方法。湿法是指使用液体物质刻蚀目标。狭义的干法：等离子放电产生的物理和化学过程对材料的加工；广义的干法：除湿法以外的刻蚀方法，如等离子刻蚀、激光加工、火花放电加工、化学蒸汽加工以及喷粉加工等。图形转移过程2）刻蚀参数刻蚀速率、刻蚀剖面、刻蚀偏差、选择比、均匀性、残留物、聚合物、等离子体诱导损伤、颗粒污染。刻蚀剖面选择比均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数。如微负载效应。残留物是刻蚀后留在硅片表面不想要的材料。聚合物包括刻蚀剂和反应的生成物。等离子体诱导损伤包括带能离子、电子

3、和激发的等离子体可引起对硅片上的敏感器件引起等离子体诱导损伤。颗粒污染等离子体在硅片表面附近产生的颗粒。3）刻蚀的微观机理刻蚀（中文字面的意思：刻，物理的作用，用刀刻（宏观上），用有粒子动量(力)去撞（微观上），F=dP/dt,P=mu;蚀，化学的作用，腐蚀物体（宏观上），被激活的分子或原子和目标物质的分子发生反应，异化掉该物质（微观上）。刻蚀具体的微观过程：物理的过程加速离子撞击固体表面发生各种过程，如溅射，物质沉积和离子注入（跟离子的动能有关）等，跟刻蚀有关的过程：离子的溅射作用、吸附气体的放出和吸附气体的分

4、解放出等。此过程具有各向异性。化学的过程1具有化学活性的分子或原子从源头，到达刻蚀的表面，2和表面物质的分子发生反应，生成反应物分子，3离开表面，4气流带走离开刻蚀物体。此过程具有各向同性。物理加化学的过程离子的溅射和解吸附的物理特性加上化学反应特性，刻蚀速度大于单一的任何的单一过程。4）具体的仪器原理介绍（RIE、ICP和ECR）根据使用离子的物理和化学的作用，可分为反应离子刻蚀（reactiveionetch）（物理和化学作用）、离子溅射刻蚀(物理作用)。根据产生等离子体的方式又分为ICP感性耦合等离子体（i

5、nductivelycoupledplasma）,CCP容性耦合等离子体（capacitivelycoupledplasma）,ECR微波电子回旋共振等离子体（microwaveelectroncyclotronresonance）。等离子放电刻蚀技术分类RIE（反应离子刻蚀）利用反应气体离子在电场中的定向运动的刻蚀。原理图如下把平板型的反应室的样品电极接射频RF，反应器壁接地。系统的电位分布如图等离子体的产生使用高频电场加到反应气体上，使气体电离，形成等离子体。使用射频13.56MHz高频电场；等离子体的内部是

6、电中性的，在边界处（离反应室的器壁一定距离）电中性被打破，电子的运动速度比离子的快(假设系统达到热平衡，KTi=KTe,KT=1/2mu2,u—m-1/2),到达器壁，在器壁上形成负电富集区，正离子在边界处富集，形成等离子鞘电压。鞘电压有加速离子撞击基片的作用。电荷分离产生的电场中等离子的电位Vp，Vp的数值约为使用射频电压峰值的一半，等离子体对地的电位约为10v。ICP（感性耦合等离子体刻蚀）ICP感性耦合等离子体（inductivelycoupledplasma）提高刻蚀速率(要求提高等离子密度)，传统的二极

7、平板系统随着射频功率的提高，样品电极的自偏压也提高，离子轰击样品的能量也增加，使刻蚀的选择比下降。解决方法把等离子的产生区与刻蚀区分开，如下图;电感耦合产生的电磁场可以长时间维持等离子体区内电子的回旋运动，大大增加了电离几率。另一方面，样品基板是独立输入射频功率，所产生的自偏压可以独立控制。Icp既可以产生很高的等离子体密度，又可以维持较低的离子轰击能量，解决了高刻蚀速率和高选择比两个原来互相矛盾。RIEPlatenPowerPlasmaDensityICPRIEIonDensityversusCoilPower

8、IonDensity(x1010/cm3)versuscoilpower.Probeislocatedatthecentreofthechamber.Pressure=5mTorr,Bias=100VECR微波电子回旋共振等离子体刻蚀）微波功率通过波导由系统的顶部输入到谐振腔体，电子在谐振腔内随微波的谐振而产生共振，并在腔体外磁场的作用下回旋。具有和ICP一样的优点。EC