等离子体刻蚀加工中的器件损伤

1、| 维普资讯 h ttp:/等离子体刻蚀加工中的器件损伤中国科学技术大竽區碣物理中心合靶市 230026工艺与设节矽”“13刘之景【摘要】介席了君件损饬枫念，張调了研克其的重要牲，分祈了它产圭的原囲叹及威小甄遅免的 沁.关键词；器件摄伤筹鶴子体刻恤各向异性Devices Damage from Plasma Etching ProcessingLiu ZhijingCenter far FundameTital Physics > University of Science and Technology of Chiaa, Hefei 330026Abstract ：ln this pa

2、per lhe concept of device damage is introduced i importance to invetigate rhe device damage is emphasized» Why it is induced? How it is reduced or avoided*Key Words；Device DamageT Plasma Etching, Anisotropy收掏目期门舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 维普资讯 h ttp:/收掏目期门舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 维普资讯 h ttp:/1引言尊离子体刻蚀是在等离

3、子体存在条件下，通过平 面曝光、醮射、化学反应、辅助能量离子（或电子与愎 式转换方式，精确可控地除去衬底表面上一定深度的 薄膜物质，而留下不受影响的沟帝边壁上的物质的一 种加工过程该过程通常是各向异性的.而且按宜贱方 向进行的等离子体刻蚀工艺广泛用于大规模集成电 路制造，电子器件和薄膜材料加工励崩己就空、汽 车、钢块、化学、电子、工具和废物处理等工业部门*它 有很參优点，例如，各向异性刻蚀、刻慷按照直线进行' 刻蚀速率高*均匀性和选择性好,避免槪废料环境和自 动控制尊。但它也有一些不足之处，例如电子器件加 工受到0Igm线宽限制刻蚀加工中危成器件损临, 粒径约gm大小的尘埃污染和硅片受

4、热变凸筹冋题. 这里仅就器件损怖谈谈它是如何产生的了怎样减小或 避免？2器件损伤是前沿问题之一在等關子体抽工中，由于能量粒子（如离子*电子） 和光子（如紫外和K光子）轰击*在器件中引起缺陷* 如士非定域晶格、悬空擁等改变了器件的机械特性和 电性能*从而降低或损坏器件的作用，这种效应称为器 件损伤"器件损怖是大规摸麋成电路制造中的前沿问 题之一口3器件损伤的超因和减小办法左等离子休枕工中会遗成多种形式的器件捏怖, 例如原子位移损悌、污染损怖,辐射损悌和载荷损怖 等.在射颇等离子体刻性器中器件损伤一般随入射粒 子能量塔加而增加*从而也随射频峰值电压和射频功 率而增加，大參数离子以几十电子

5、伏也以上能量聂 击表面，少数离子能蜃超过1映V，这依赖于等离子体 鞘层电勢。等福子体电子平均能董在兀牛中到似V 或lOeV在反应离子刻蚀器限IE）中”离子能量不能独立地控制，它的能量高达3OC-7QOeV,离于典 型的流率1旷离子r.离子轰击造成的器件撫伤 在文献中被评述-由于能量离子和中性粒子轰击可引 起原子位移损怖这种掘怖可达到1詁E的探度-电子 回旋共振ECR）的实验证实减小等离子体电势和控 制离子的能量和通董可以减小原子位移损伤*辐射损伤主要由紫外光子和X光子引起的。紫外 线和X射线光子的初级电离可产生电子空穴对从而 引起缺陷中心。来自紫外光子的器件损栈在鶴g经 热退火可以被除去*高能

6、离子轰击损伤一般GS0V 热退火而除去M射线损伤要求在9同匸热退火廿T 过用射线是稀少的*因为大名飪等离子体加工中，鞘收掏目期门舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 维普资讯 h ttp:/收掏目期门舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 维普资讯 h ttp:/141999 年| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/层电压和僞压比X射线所帚要的电压低得参，另外* 为了消除X射线产生可将反应器中某些金属部分改 为绝塚材料.如果器件损伤经热退火不能除去,那么这种损怖 主要来自污染和靜电破坏污集指im工期间，等离子体 本身形成的址合物可通过"黑移”或射”，便反应器

7、林料冊成聚合物.这时注意控制等离子休优学反应的 产物.在磁化诱导耦合等离子依中，硅表面用GF&气 体放电会引起辐射损怖和污染损伤。这两种损怖可作 为外加磁场的函数被研究X重金属的污染、系统内离 干引起的緞射对高密度源Q07护cm")仍是重要 的间题文献中实验观察到这种现象，指岀使用低溅射 产物的电介质衬里(如石英、氯化铝等)可减少污染损 伤门等离子悴加工循歼期间，汎积电荷町引起薄的绝 缘膜静电破坏.绝塚瞋大釣15-25nm厚，在一个短的 周期内一个高质最的SiOs绝壕膜经受最大场强值大 约柱12-15MV/cnia超过此值这薄膜统破杯而且无 法修理。等离子体引起静电破坏机制誥

8、见文献"当刻 悝块要结束时和等离子体截止时来自衰减的等离子 体正离子将以小量电荷沉积在阻掛层和氣化慝上*氧 化物(如SiOj±表面正电荷和它的下表面的负电荷 所形成的电场'如果超过它的击穿电场那么这层薄的 氧化物电介质将发生机械性损坏-绝缘物休的载荷损 伤可参阅文献。等离子低犠止期阖出现的器件损伤与 等离子棒密度梯度、电势梯度有关而且随薄层上的證 场增加而增大为了减小刻蚀和沉积过程中的器件损可以将 硅片敢在只产生所需要的原子种类的顺流等离子休反 应器中在输运中带电粒子种类通过复合被除去另一 类等离子体输运反应器的等离子休源通常控制在徽波 频率沁 MHs有时使用一种外

9、磁场增加对电子的约 夷在1、厂丁纹低乐y.离子以可悝制的低能总去撞 击衬底表面*便其损伤最小"在等离子协中产生的反应 种类应当具有也刻蚀的反应能量大一个电子伏，但比 原子位移所要求的能量对0 一 V半导休为3f 10R 小一些°Gillis等人发展了低能电子加强刻蚀技术(Low Energy Electron Enhanced Etching)，简称 LE4,在 LE4中样品放在直流辉光放电的阳极上，电子能量 和到达样品的负离子能量都限制在不比反应丸怵电离 能大的某一宀值.住这个限制之匕的能量百效讯耘散 在气相中的养弹性碰撞"电子髄量l-15eV,反应种类 以热速

10、度到样品表面°这些电子将可恕略的动量配给 刻蚀样品的表面,从而避免了离子轰击引起的器件损 伤.而“加强”了各向异性模式转換的刻蚀化学oSLE4 实验中在氢和氯直疯辉光放电等离子捧中，GbAs UOO)被刻蚀畑】，产生了极好的各向异性(:大于典人相 对于SiOi掩慎的选择性在室温下大于却0,刻桂率为 SSnm/mm,且随温度增加而急剧增加.在纯瓠等离子 协中刻蚀率崔150V达到4*養考文献1 Ax 5. Tapsir ut aL J. Vac. Sci Technial. A 8i 3j i293&h2 Tghru H* Jun Hiyghi* 坯珂欣 Hniana(LBH J

11、* Appl- PhysH 19Wifi?(6h£8M,3 Hyeon Soon Kim t Wook Jun Nam, Geun j young Ytom. J. Vtc. Sd. Teehnolrl&9fi(AH(3); 10&2.4 N. SadeghjT «i st. J. Appl. Fh/a. 1991 ；70,25B2.5 $. Ml GorbalkLci, L> A, B*.rry, Jt B. Raberlo. Ji Vac. &. Ttch- xwL A3<3>r93k疳 S- M. Rosjciagel er

12、«L. J* Sri* TechncLlSS&i Afi<4 '|3113. ? C.T. G«hrML LP. 3% Solid St*wTwhaoL 1092)SI.35. B- Fetch* s. SalimArtt D* T. HtxM. J" Vac* St- TtqhnoL1982iB10J320.5 Fin and J, PL Mcvittji. IEEE Electron Devines Lrtt, lSJZ, ED 13288.347.10 K. Ncpri «nd K, T, Tshnokuni h J. V$c. Sci TtchnoL J993i BlH M.P. Gillis, eta). Appl. Phys. Ut",阳外粘"G ：2255-| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h t