等离子刻蚀工艺

等离子体刻蚀分为两个过程:首先,等离子体中产生化学活性组分;其次,这些活性组分与固体材料发生反应,形成挥发性化合物,从表面扩散排走。例如,CF4离解产生的F,与S反应生成SiF4气体,结果是在含Si材料的表面形成了微观铣削结构。等离子体刻蚀是一个通用术语,包括离子刻蚀、溅射刻蚀以及等离子体灰化等过程。

基底和工艺参数决定了表面改性的类型,基底温度、处理时间和材料扩散特性决定了改性深度。等离子体仅能在表面刻蚀几个微米的深度,改性后的表面特性发生了改变,但大部分材料的特性仍能得以保持。这项技术还可以用于表面清洗、固话、粗化、改变亲水性及粘结性等,同样也可以使电子显微镜下观察的样品变薄以及应用于半导体集成电路的制造过程中。在化学溅射中会发生反应并产生挥发性产物。常用的气体包括Ar、He、O2、H2、H2O、CO2、Cl2、F2和有机蒸气等。与存在化学反应的等离子体溅射相比,惰性离子溅射更像是一个物理过程。

等离子体用F刻蚀Si的技术广泛应用于半导体设备的制造中,下面是刻蚀反应的三个步骤。

化学吸附:F2→F2(ads)→2F(ads)

反应::Si+4F(ads)→SiF4(ads)

解吸:SiF4(ads)→SiF4(gas)

高密度等离子体源在刻蚀工艺上具有许多优势,例如,可以更精确地控制工作尺寸,刻蚀速率更高,更好的材料选择性。高密度等离子体源可以在低压下工作,从而减弱鞘层振荡现象。使用高密度等离子体源刻蚀晶片时,为了使能量和离子通量彼此独立,需要采用独立射频源对晶圆施加偏压。因为典型的离子能量在几个电子伏特量级,在离子进入负鞘层后,其能量经加速将达到上百电子伏特,并具有高度指向性,从而赋予离子刻蚀的各向异性。

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