硅的深刻蚀技术

1、硅的深刻蚀技术RIE 刻蚀的根本原理F, Cl, Br，I 单质或者化合物气体均可以作为硅的刻蚀剂，添加一些关心气体有助于提高它的选择性，常用刻蚀剂组合如：CF4/O2,CF2CL2,CF3CL,2SF6/O2/CL ，CCL4NF3CCL4CHF3等2不管上述哪一种化合物作为刻蚀剂，在等离子体中都 会存在大量的卤素原子，它们以化学吸附方式与硅表 面结合，在没有外力作用的状况下，反响生成的产物 Cl,Br,I了 Si 们得到电子之后，就会与 Si 一起离开外表，所以，重掺杂的 N 型硅会显著增加自发反响的速度。这种反响是热力学上自发进展的反响，只要使它们相遇便能够促成反响，因此它是各向同性的，

2、从热力学F, Cl, Br, ISi 自发反响的力量渐渐减弱，I 并不常用，可能是它的蒸汽压比较低，与硅的化合物不那么稳定。各向同性刻蚀的典型剖面高深宽比刻蚀的机理RIE 刻蚀效应被分为两种机制：溅射刻蚀化学反响刻蚀争辩说明，具有20-40eV 以上能量的粒子均有可能通过轰击而使固体外表的原子脱离原来位置，形成溅射刻蚀，它主要 是借助离子轰击实现的。前面曾经讲到离子束刻蚀，方向性 是它的重要特征。化学刻蚀则是借助接触吸附，各向同性地进展，它主要是中 性粒子完成的，它的存在需要满足两个方面的条件：体系中存在能够形成挥发性化合物的根底物质，并且能够 集中到达硅外表最终要挥发的化合物必需有足够的稳定

3、性，以便它一旦形 成，便有足够稳定性以削减再次分解的几率。同时，要制造条件促成其尽快脱离反响界面，如低气压等刻蚀速率刻蚀速率化学刻蚀溅射刻蚀过程因素其实简洁地将它们二者相加并不能很好地解释各种试验现象，争辩人员觉察，中性粒子化学作用与离子轰击相结合所 能够产生的刻蚀速率，会十倍于它们单独作用的速率和。这种倍增的效应被认为是通过供给反响活化能的原理实现 的：对于一个一般的化学反响，依据动力学观点，其刻蚀速率： 一抑制势垒所必需的能量。Ea据此给出的反响机理如下：活性原子团因集中而与刻蚀面接触，进而吸附，形成类似配位化合物的弱相互作用结合，在吸附原子与硅原子之间所形成的弱化学键因卤素原子相对较强的

4、电负性而将电子 较多地拉向己方，但是由于没有足够的能量将其俘获而保持根本稳定状态，外来的离子轰击供给了这局部力量，形成了激发态的中间络合物，该中间络合物将更多倾向于低能态的 从这一机制动身，离子的轰击能够显著增加刻蚀剂与硅的反响速度就不难理解。F,Cl,Br 刻蚀剂体系中，F 的自发刻蚀力量最0.05eV 的F 10% 的几率发生反响，Cl,Br 的发生几率只在 10-510-7 于活化能的差异：F 原子猛烈的得电子倾向可以使与其相结合的硅原子表现出更大的电荷转移倾向，从而使其反响前驱物更简洁被激发而 而到达能够实现反响的过渡态。F 刻蚀效应定义为各向同性刻蚀局部，而将 Br,Cl 成份的刻蚀

5、看做是各向异性刻蚀的主要奉献者。其实这种差异并不是这样截然不同的，由于在含 F 的体系中，不但有F 原子，还可能有CF2 等比较稳定的中间体，其中 C 来自光刻胶或者刻蚀剂如 CHF3,CF4 等，甚至刻蚀剂本身都有可能吸附构成阻挡层，它们的稳定性可能赛过 F 原子，同样会在侧壁形成钝化膜。我们更多地看到以下体系用于深刻蚀硅：BCl3/Cl2, BCl3/Cl2/HBr,CF3Br/Br2,Ar/HBr应用这些稳定化刻蚀剂，在一般的反响离子刻蚀机中，我们 也能够得到比较抱负的高深宽比微构造：刻蚀剂对 Si/SiO2 的刻蚀选择比很高，对于离子能量在 20-80eV 的体系，选择比仍可以大于 1

6、00，高的选择比意味着刻蚀速率对污染物的敏感程度高，这有时会导致比 较粗糙的刻蚀界面。在该体系中，BCl3 BCl3 预刻蚀把硅外表彻底清洁，然后再让刻蚀剂进入。启动反响进 程。BCl3 的浓度可以找到适宜的工作条件，既保证适当的清洁力量，又不会 过度降低刻蚀选择比。另一种方法是断续切入式地引入 BCl3 刻蚀剂，比方以 200秒周期，循环脉冲式切入 BCl3 刻蚀剂，可以获得 0.3 微米/ 刻蚀速率与高宽比关系关于含 F 的，但是需要更准确的把握和关心措施：nFS(cm-3)istheFatomdensitynearthesurfaceandTisthesurfacetemperature

7、.TheetchingratehasundercutroughlyanArrheniusformover a wide range of temperatures and depends linearly on thegas-phaseFatomdensitynearthesurfaceuptodensitiesashighas51015cm-3.这是典型的热力学特征的反响，不行能具有显著的各向异性，它的各向异性是通过添加氧之类的关心试剂到达的。比方，以SF6 为刻蚀剂，它在 0.05W/cm2 的弱的功率下就可1 微米/分钟的刻蚀速率，添加氧，可以形成SiOxFy钝化层，使用CHF3作为清道

8、夫试剂，各向异性就可以实现。Cr, NI, Al.SiO2 等，它们与硅的刻蚀选择比可以高达 300-500：1下面是用 0.6mNi/2mSiO2 掩膜刻蚀的两种典型构造静电驱动的叉指驱动器值得关注的还有它们构造旁边的随机分布的针状突起。所以 微掩膜效应是需要设法抑制的问题之一。单晶硅的静电马达聚合物侧壁钝化机制：局部由等离子体反响生成的聚合物中间体可能很稳定地吸附在硅的外表，它们同样只能借助强的离子轰击而剥离，比方底部刻蚀面，二侧壁同样能够发挥钝化成效，其效 果也会格外令人满足。已经在含有F, Cl, Br等刻蚀剂体系中观看到了刻蚀钝化膜。聚合物钝化膜机制还可以很好地解释光刻胶作为掩膜 的

9、高深宽比刻蚀的结果：下面三种刻蚀剂都已经用光刻胶作为掩膜材料实现了高深宽比刻蚀，刻蚀选择比 20:1500:1，刻蚀速率可以1 微米/分钟SF6/C2Cl3F3 ,SF6/CCl2F2/ArSF6/C2F6/O2它的钝化膜在光刻胶底部形成，通过溅射刻蚀转移到侧壁上。XPS SF6/C2Cl3F3 体系中刻蚀会产CF 化合物等沉积低温等离子体刻蚀技术当人们期望以较高的速度刻蚀硅时自然想到的是 F，但F 与硅化学反响的倾向使它难以到达高深宽比轮廓。如何抑制上述反响，低温是一种选择。1980 IBM 的一位科学家争辩了硅上各种刻蚀剂吸附的特性。觉察在150SiF4 就会分散在硅的外表，SiF2 也会

10、积聚，但是不会黏附。SF6 载低温刻蚀硅对此的解释也很简洁：低温降低了因化学反响引起的侧 向刻蚀，但是，对因离子轰击引起的底部刻蚀影响甚小，所 以，增加了各向异性。其中刻蚀过程中添加氧的浓度需要准确把握，以到达高 深宽比的同时，保持优越的刻蚀界面。刻蚀条件：70，SF6+O2 刻蚀剂，速率 1.2 微米/分钟低温刻蚀的一种副作用是刻蚀后的腐蚀，被低温冷冻的反响力量在室温下将会复苏，所以必需设法尽快处理另一个值得留意的是低温造成的材料热失配，一个明显 的例证是光刻胶掩膜会皲裂，可以想见，其它异质构造也会 有一些问题。总结侧壁钝化机理，被认可的有四种：间歇通入钝化其它型混合刻蚀剂包含能够形成卤化物聚合物钝化膜低温分散吸附型掩膜材料溅射刻蚀转移型比较而言，聚合物稳定性差，低温代价昂贵，掩膜材料 转移简洁形成微掩膜效应，间歇通气法最简洁承受。ICP刻蚀的过程因素：ICP 刻蚀机参数名称一个实例： 掩膜：光刻胶刻蚀剂：SF6O2流量 130+13S