等离子刻蚀工艺原理介绍.ppt

,等离子刻蚀工艺原理介绍 Etch/CSMC 2011.10.14,等离子刻蚀工艺原理介绍包含以下几个方面： 等离子体基本概念 等离子刻蚀基本原理 等离子刻蚀应用,概述,Plasma就是等离子体(台湾一般称为电浆), 由气体电离后产生的正负带电离子以及分子, 原子和原子团组成. 只有强电场作用下雪崩电离发生时, Plasma才会产生. 气体从常态到等离子体的转变, 也是从绝缘体到导体的转变. Plasma 一些例子: 荧光灯,闪电, 太阳等.,什么是Plasma,Plasma产生激活态的粒子以及离子. 激活态粒子（自由基）在干法刻蚀中主要用于提高化学反应速率, 而离子用于各向异性腐蚀(Anisotropic etch). 在固定Power输入的气体中, 电离和复合处于平衡状态. 在正负离子复合或电子从高能态向低能态跃迁的过程中发射光子. 这些光子可用于终点控制的检测。 半导体工艺Plasma一般都是部分电离, 常规0.01%10% 的原子/分子电离.,为什么Plasma运用在干法刻蚀中,各向异性刻蚀中的圆片偏压,射频功率通过隔直电容加到圆片背面，这样隔离直流而能通过射频，使圆片和基座充电为负偏压状态(平均).,非对称的腔体中，圆片面积腔体面积， 所以较高的鞘层/暗区(Sheath/Dark Space)电压出现在Plasma到圆片之间。,圆片偏压的产生-1,圆片偏压的产生-2,电容耦合: RF功率通过RF电场直接传导到Plasma，涉及到的电极也直接暴露在Plasma中(但是一般有Wafer在基座/电极上). 电感/变压器耦合: RF功率通过RF磁场传导到Plasma, 该磁场诱导产生起电离作用的电场. 电容耦合对产生电离作用不是很有效，因为它的很大一部分能量用于向电极表面运动的离子加速. 电感耦合对Plasma的产生很有效，因为它的能量几乎全部用于离化. 但是电感耦合点燃Plasma不是很有效. 在MERIE中，外加磁场也用于提高Plasma的浓度.,Plasma刻蚀中的功率耦合,电容耦合,电感耦合,电容/电感耦合,Plasma Etch是多变量的工艺 - Bias/TCP(Source)功率 - Pressure - Gas Flow - Temperature - BSC He - (Gap) - (B-Field) - Process Time,Plasma刻蚀的复杂性,工艺控制和结果,工艺可控变量,Plasma 参数,Temperature,Gas Flows,Pressure,Power,Time,(Magnetic Field),Etch Rate,Uniformity,Selectivity,Profile,Loading Effects,Particulates,Residue,Damage,结果,Gas density,Residence time,Ion density,DC bias,Free radicals,Ion energy and,directionality,BSC He,(Gap),化学性腐蚀工艺的六个步骤,STEP 1. 活性粒子由电子和分子的碰撞产生 STEP 2. 活性粒子扩散到反应膜层附近 STEP 3. 活性粒子被表面吸附 STEP 4. 反应发生 STEP 5. 反应生成物能解吸附 STEP 6. 反应生成物扩散到气体当中被泵抽走,各向异性腐蚀工艺的两大机理,能量，方向性的离子提供各向异性腐蚀, 它有两种不同的模式: 损伤机理和屏蔽机理.,损伤机理,屏蔽机理,微负载效应机理,为了保证Open和Dense区相同的Etch Rate， 维持工艺Open和Dense区相同的腐蚀剂和生存物通量是非常重要的。 该工艺工作在腐蚀气体耗尽还是饱和区域? 反应副产物在小尺寸区域逃离速度是否与大尺寸区域一致? 离子在小尺寸和大尺寸区域Sidewall上散射不同，对Profile微负载效应造成较大影响。 Polymer在小尺寸和大尺寸区域形成速度不同，也对微负载效应造成较大贡献。,Etch的方向性,Etch的方向由方向性的离子决定。 Plasma与电极（阴极）之间的电压差控制离子的能量和方向性。 对离子的能量和方向性起关键作业的两个参数是功率和压力。,Poly Etch平衡图,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击 HBr+,化学腐蚀 Cl*,化学淀积 SiBr/HBr(+PR),腐蚀,淀积,Poly Etch各气体作用,Metal Etch平衡图,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击 BCl3+,化学腐蚀 Cl*,化学淀积 BCl3(+PR),腐蚀,淀积,Metal Etch各气体作用,SIO2 Etch平衡图,RF 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击 Ar+,化学腐蚀 F*,化学淀积 -CF2-(+PR),腐蚀,淀积,SIO2/SiN Etch各气体作用,F/C比率和Polymer的形成,聚合和腐蚀的条件,气体内F/C比率，腐蚀粒子与DC Bias 大小决定了工艺的聚合和腐蚀,驻留时间 = pV/Q 高流量和低压力 低驻留时间, 反应被吸附的时间也短。 需要较高的泵速, S = Q/p, 达到较短的驻留时间。,压力作用: 驻留时间, 改变压力就能改变plasma离子/中性粒子的分布。 高压力导致离子高的再复合速度，降低了wafer 表面的离子通量。 提高压力也增加了离子的碰撞，导致离子能量的损失。,压力影响: 气流密度,Source/TCP 功率 控制气体离化。提高Source/TCP功率，提高腐蚀速率。 提高Source/TCP 功率，就增加了wafer表面的离子通量。 提高Source/TCP 功率，就降低了离子能量。,Source/T