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1、1等离子体刻蚀21.等离子体刻蚀的基本原理2.等离子体刻蚀技术的发展3.等离子体刻蚀的工艺3一、等离子体刻蚀基本原理等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。这种腐蚀方法也叫做干法刻蚀。41.等离子体刻蚀是集成电路制造中的关键工艺之一,其目的是完整地将掩膜图形复制到硅片表面。 二、等离子体刻蚀技术的发展5图1显示了这种反应室的剖面示意图和重要的实验参数,它是由下列几项组成：一个真空腔体和真空系统,一个气体系统用于提供精确的气体种类和流量,射频电源及其调节匹配电路系统。等离子

2、刻蚀可以概括为以下几个步骤： 在低压下,反应气体在射频功率的激发下,产生电离并形成等离子体,等离子体是由带电的电子和离子组成,反应腔体中的气体在电子的撞击下,除了转变成离子外,还能吸收能量并形成大量的活性基团 活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应生成物 反应生成物脱离被刻蚀物质表面,并被真空系统抽出腔体。 6图2.等离子体反应刻蚀7RIE 反应离子刻蚀随着芯片尺寸的不断扩大及图形尺寸的不断减小,平行电极等离子刻蚀设备在过去20年中已得到了很大的改进,虽然其原理还是一样,但最大的改进在反应腔室周围加上磁场。由于电子在磁场和电场的共同作用下将作圆柱状回旋运动而不是电场下的直线

3、运动,磁场的存在将直接导致反应气体电离截面的增加,磁场的引进会增强离子密度,并使得等离子刻蚀技术可以在更低气压下得以运用（10mT)。由于离子密度的增加,撞击表面的离子能量也可以在不降低刻蚀速率的情况下被降低,从而提高刻蚀选择比。 8图3.RIE模式结构示意图9等离子体刻蚀理论基础在平行电极等离子体反应腔体中,被刻蚀物是被置于面积较小的电极上,在这种情况,一个直流直流偏压偏压会在等离子体和该电极间形成,并使带正电的反应气体离子加速撞击被刻蚀物质表面,这种离子轰击可大大加快表面的化学反应,及反应生成物的脱附,从而导致很高的刻蚀速率刻蚀速率,正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀各向异性刻蚀得以

4、实现。10图4.各向同性与各向异性的比较11表1.集成电路集成度的发展12ICP 电感耦合等离子刻蚀当被刻蚀的线条宽小于0.25mm时,MERIE在控制刻蚀性能遇到了挑战,于是电感耦合等离子刻蚀（Inductive Coupled Plasma-ICP）便应运而生。ICP反应室是在RIE反应室的上方加置线圈状的电极,并通过电感耦合达到增强等离子密度的效果。目前在高端芯片生产中的导电体刻蚀基本上都采用ICP反应腔体技术,其优点是可以用上下两组电极分别控制离子的密度和能量以上下两组电极分别控制离子的密度和能量以达到最优化的组合达到最优化的组合,这也是MERIE系统所无法比拟的。13图5.简易ICP

5、刻蚀装置原理轮廓图14ECR（电子回旋共振）等离子体刻蚀（电子回旋共振）等离子体刻蚀微波放电具有3个优点 ：首先 ，电子在间隙内 的振荡能获得足够的能量来产生电离，这样放电就不必依赖于器壁和电极上产生的二次电子的产额就能维持；其次，由于电子振荡，电子碰撞的几率增加，以至于在低至几毫托压强时也能进行操作；第三个优点是放电内部的电极可以用绝缘材料覆盖。ECR等离子体源以其具有高等离子体密度 (10101012cm-3)、高电离度(10)、低工作气压(0.410mTorr) 、良好的均匀性、简单的工艺设备，及参数易于控制等优点成为目前研究最为深入，应用最为广泛的等离子体源。15图6.ECR刻蚀系统结构示意图16偏压效应在等离子体材料制备、处理、刻蚀等工艺过程中，离子轰击效应是一种促进等离子体与材料相互作用的关键机制，这也使得偏压技术应用到了等离子体 工艺的各个方面。在等离子体刻蚀过程中，离子轰击效应更发挥着其它技术不可替代的作用，是促进表面物理、化学反应，提高刻蚀速率和达到较高各向异性的关键手段。 17偏压偏压外置式偏压外置式偏压自偏压自偏压直流直流射频射频脉冲脉冲18图7.等离子体刻蚀过程示意图三、等离子体刻蚀工艺191.形成薄膜2.涂抗蚀剂（光刻胶）3.通过掩膜版曝光4.显影 (显影液冲洗曝光部分) （以上步骤合起来叫光刻工艺）5.利用等离子体刻蚀没有覆盖光刻胶的薄