半导体工艺基础.ppt

2、平板型反应器特点： （1）上下电极彼此平行，间距 2~5 cm，电场均匀地分布在平行极板之间。除自由基的化学腐蚀作用外，离子在电场作用下作与硅片表面垂直的定向运动而产生微弱的溅射刻蚀作用，使腐蚀具有一定的各向异性，使分辨率有所提高。 （2）腐蚀速率高，选择性好，设备简单，成本低。 * (三)、等离子体刻蚀的性能 1、影响刻蚀速率的各种因素 (1) 射频功率越高，腐蚀速率越快。但过高的功率会降低光刻胶的抗蚀性，导致腐蚀的可控性变差。 (2) 增加腐蚀气体流量，将增加活性离子浓度，腐蚀速率相应增大。但流量过大会导致压力增高，使电子的自由程缩短，气体的离化率变低，腐蚀速率反而会下降。 * (3) 衬底温度升高，腐蚀速率增大。为确保腐蚀的重复性，须精确控制反应室与衬底的温度。 (4) 腐蚀气体种类和气体成份对腐蚀速率的影响较大。 各种含氟气体对 Si（111）面的腐蚀速率的顺序如下： CF4 CCl3F CCl2F2 CHCl2F CF4 + O2 刻蚀气体： Si/SiO2 刻蚀速率比为10 : 1 。 CF4 + H2 刻蚀气体：SiO2/Si 刻蚀速率比 10 。 * 2、影响腐蚀均匀性的因素 采用平板反应器且反应室采用恒温控制可提高片内、片间及批次间腐蚀均匀性。 3、负载效应 在给定气体流量、气压和输入功率的条件下，待腐蚀样品的数量增加，会导致腐蚀速率下降。 * §7.3 反应离子刻蚀（RIE）与离子溅射刻蚀 (一)、反应离子刻蚀（RIE） 1、原理 在很低的气压下（1.3~13Pa）通过反应气体放电产生等离子体。当将射频源接在下电极上时，离子在电场作用下的定向运动比平板型反应器中的强，这些定向运动的离子不仅产生一定的物理溅射作用，而且所提供的能量可以加速自由基的化学反应过程，大大加快了刻蚀的速度。 RIE 不仅能刻蚀用等离子体腐蚀法难以腐蚀的 Al、SiO2 等材料，其刻蚀的方向性与分辨率也优于等离子体腐蚀法，因此是目前VLSI 工艺中被广泛采用的干法刻蚀方法。 * 2、RIE 刻蚀装置 * 3、特点 （1）化学反应与物理反应相结合，有较大的各向异性，刻蚀分辨率能达到 1 ?m 以下。 （2）气压低，气体的自由程大，离子被电场作用的距离长，且射频源接在下电极上，离子的速度与动能增大，使离子的物理溅射作用与促进化学反应的作用均增强，刻蚀速率快。 （3）能刻蚀的材料种类多，例如： Si、Poly-Si、Si3N4、Mo、W CHF3 SiO2 ； CCl3 Al, Ti ； O2 光刻胶 * (二)、离子溅射刻蚀 1、原理 工作气体为惰性气体如氩气，射频等离子体中产生的氩离子Ar+在低压（0.13~13Pa）环境中被加速轰击样品表面，通过和样品材料原子间的动量交换达到刻蚀的目的。 2、特点 （1）纯物理性刻蚀法，各向异性，分辨率高，可达 0.01?m。 （2）离子的纯度高，定向性好，离子能量分布均匀。 （3）可刻蚀任何材料， 如 Si 、SiO2 、GaAs 、Ag 、Au 、光刻胶等。 （4）刻蚀的重复性、均匀性优良。 （5）缺点是刻蚀速率慢，刻蚀选择性较差，刻蚀时会产生再淀积现象。 * 3、影响溅射率的因素 每个轰击粒子能从阴极上打出的原子的平均数，称为溅射率 S（溅射系数），影响溅射率 S 的因素有： (1) 轰击粒子的质量与被轰击粒子越接近，则溅射率越大。常采用惰性气体中的氩来作为轰击粒子。 (2) 轰击粒子的能量不同，溅射率不同。在能量小于 70 eV 的低压区，溅射率几乎为零；离子能量在 70 eV ~ 104 eV 之间，溅射随电压升高而增大；离子能量高于 2?104 eV，大部分高能离子深入到靶材料的内部，溅射率随电压升高反而下降。 (3) 轰击粒子的入射角不同，溅射率不同。在接近 90 度时溅射率达到最大。 (4) 气体压力增大