湿法刻蚀腔室结构数值优化.pdf

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1、第43卷第5期人工晶体学报Vo1．43No．52014年5月JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSMay，2014湿法刻蚀腔室结构数值优化王伟，向东，杨为，夏焕雄，张瀚。(1．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044；2．清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)摘要：为确定某种新型刻蚀机最优的品圆与喷淋头问距(Gap)，通过CFD仿真分析气体在不同Gap腔室内的物质输运分布，并结合乙醇环境下HF酸刻蚀SiO工艺的物理化学过程，建立了刻蚀速率估算公式，以此分析了不同Gap腔室的刻蚀速率及刻蚀均匀性，最终获得具有最佳刻蚀效果的腔室结构。研究分析表明：Gap较小时晶

2、圆中心刻蚀速率偏高，Gap较大时晶圆边缘刻蚀速率偏高；平均刻蚀速率随着Gap的增大逐渐降低，而刻蚀不均匀度随Gap增大先减小后增大，在Gap取值70inn时刻蚀均匀性最佳且刻蚀速率较高。关键词：刻蚀腔室；流场仿真；均匀性；刻蚀速率中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号：1000—985X(2014)05—1110-05NumericalOptimizationofaChamberStructureDesignfortheWetEtchingWANGWei。XIANGDong，YANGWei，XIAHuan—xiong，ZHANGHan，(1．StateKeyLaboratoryof

3、MechanicalTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；2．DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)(Received23November2013，accepted2OMarch2014)Abstract：InordertodeterminetheoptimalGapbetweenthewaferandshowerhead，aflowfieldsimulationanalysiswas

4、employedtoinvestigatethemasstransportdistributionofthechamberswithdifferentGap，andthephysicalandchemicalevolutionofHFacidwhenetchingSiO2intheethanolenvironmentwasexplored，thenanempiricaletch—rateformulawasestablishedtoanalyzetheetchrateanduniformityofthechambers．Finally，aGapwiththebestprocessperf

5、ormancewasfound．AnalysisresultshowsthatmuchwiderGapwillcausehighetchingrateatthecenterofthewaferandmuchnarrowerGapwillhighetchingrateO13theedge．WiththeincreaseoftheGap，theaverageetchrategraduallyreduceswhiletheetchnon-uniformitydecreasesatfirstandthenincreases，thereforetheetchuniformityisthemosto

6、ptimalwhentheGapis70him，andtheetchrateisrelativehigher．Keywords：etchchamber；flowfieldsimulation；uniformity；etchrate1引言刻蚀是半导体制造工艺及微纳米制造工艺中的一个重要环节，是利用化学或物理的方法有选择性地从硅片表面去除不需要材料的工艺过程⋯，主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀，其中湿法刻蚀是使用溶剂或溶液来进行刻蚀，具有选择性好、重复性好、生产效率高、成本低等优点，因此被广泛应用于磨片、抛光、清洗、腐蚀等半导体工艺中。随着晶圆半径不断增大、特征尺寸不断减小，对晶圆刻蚀均匀性要求越

7、来越高，腔室结收稿日期：2013—1l一23；修订日期：2014-03-20基金项目：国家科技重大专项(201lZ02403-004)作者简介：王伟(1988)，男，安徽省人，硕士。Email：695912531@qq．com通讯作者：向东。E·mail：xd@mail．tsinghua．edu．ell人工晶体学报第43卷E=k1k2k3·f·NA·2c：(1)式中，k表示入口气体成分比；表示反应方程系数比；表示温度下，H与HF摩尔