等離子體刻蝕加工中的器件損傷

1、| 維普資訊 h ttp:/等離子體刻蝕加工中的器件損傷中國科學(xué)技術(shù)大竽區(qū)碣物理中心合靶市 230026工藝與設(shè)節(jié)矽”“13劉之景【摘要】介席了君件損飭楓念，張調(diào)了研克其的重要牲，分祈了它產(chǎn)圭的原囲嘆及威小甄遅免的 沁.關(guān)鍵詞；器件攝傷籌鶴子體刻恤各向異性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收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/1引言尊離子體刻蝕是在等離

3、子體存在條件下，通過平 面曝光、醮射、化學(xué)反應(yīng)、輔助能量離子（或電子與愎 式轉(zhuǎn)換方式，精確可控地除去襯底表面上一定深度的 薄膜物質(zhì)，而留下不受影響的溝帝邊壁上的物質(zhì)的一 種加工過程該過程通常是各向異性的.而且按宜賤方 向進(jìn)行的等離子體刻蝕工藝廣泛用于大規(guī)模集成電 路制造，電子器件和薄膜材料加工勵(lì)崩己就空、汽 車、鋼塊、化學(xué)、電子、工具和廢物處理等工業(yè)部門*它 有很參優(yōu)點(diǎn)，例如，各向異性刻蝕、刻慷按照直線進(jìn)行' 刻蝕速率高*均勻性和選擇性好,避免槪廢料環(huán)境和自 動(dòng)控制尊。但它也有一些不足之處，例如電子器件加 工受到0Igm線寬限制刻蝕加工中危成器件損臨, 粒徑約gm大小的塵埃污染和硅片受

4、熱變凸籌冋題. 這里僅就器件損怖談?wù)勊侨绾萎a(chǎn)生的了怎樣減小或 避免？2器件損傷是前沿問題之一在等關(guān)子體抽工中，由于能量粒子（如離子*電子） 和光子（如紫外和K光子）轟擊*在器件中引起缺陷* 如士非定域晶格、懸空擁等改變了器件的機(jī)械特性和 電性能*從而降低或損壞器件的作用，這種效應(yīng)稱為器 件損傷"器件損怖是大規(guī)摸麋成電路制造中的前沿問 題之一口3器件損傷的超因和減小辦法左等離子休枕工中會(huì)遺成多種形式的器件捏怖, 例如原子位移損悌、污染損怖,輻射損悌和載荷損怖 等.在射頗等離子體刻性器中器件損傷一般隨入射粒 子能量塔加而增加*從而也隨射頻峰值電壓和射頻功 率而增加，大參數(shù)離子以幾十電子

5、伏也以上能量聶 擊表面，少數(shù)離子能蜃超過1映V，這依賴于等離子體 鞘層電勢。等福子體電子平均能董在兀牛中到似V 或lOeV在反應(yīng)離子刻蝕器限IE）中”離子能量不能獨(dú)立地控制，它的能量高達(dá)3OC-7QOeV,離于典 型的流率1曠離子r.離子轟擊造成的器件撫傷 在文獻(xiàn)中被評述-由于能量離子和中性粒子轟擊可引 起原子位移損怖這種掘怖可達(dá)到1詁E的探度-電子 回旋共振ECR）的實(shí)驗(yàn)證實(shí)減小等離子體電勢和控 制離子的能量和通董可以減小原子位移損傷*輻射損傷主要由紫外光子和X光子引起的。紫外 線和X射線光子的初級電離可產(chǎn)生電子空穴對從而 引起缺陷中心。來自紫外光子的器件損棧在鶴g經(jīng) 熱退火可以被除去*高能

6、離子轟擊損傷一般GS0V 熱退火而除去M射線損傷要求在9同匸熱退火廿T 過用射線是稀少的*因?yàn)榇竺兊入x子體加工中，鞘收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/141999 年| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h ttp:/層電壓和僞壓比X射線所帚要的電壓低得參，另外* 為了消除X射線產(chǎn)生可將反應(yīng)器中某些金屬部分改 為絕塚材料.如果器件損傷經(jīng)熱退火不能除去,那么這種損怖 主要來自污染和靜電破壞污集指im工期間，等離子體 本身形成的址合物可通過"黑移”或射”，便反應(yīng)器

7、林料冊成聚合物.這時(shí)注意控制等離子休優(yōu)學(xué)反應(yīng)的 產(chǎn)物.在磁化誘導(dǎo)耦合等離子依中，硅表面用GF&氣 體放電會(huì)引起輻射損怖和污染損傷。這兩種損怖可作 為外加磁場的函數(shù)被研究X重金屬的污染、系統(tǒng)內(nèi)離 干引起的緞射對高密度源Q07護(hù)cm")仍是重要 的間題文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)觀察到這種現(xiàn)象，指岀使用低濺射 產(chǎn)物的電介質(zhì)襯里(如石英、氯化鋁等)可減少污染損 傷門等離子悴加工循殲期間，汎積電荷町引起薄的絕 緣膜靜電破壞.絕塚瞋大釣15-25nm厚，在一個(gè)短的 周期內(nèi)一個(gè)高質(zhì)最的SiOs絕壕膜經(jīng)受最大場強(qiáng)值大 約柱12-15MV/cnia超過此值這薄膜統(tǒng)破杯而且無 法修理。等離子體引起靜電破壞機(jī)制誥

8、見文獻(xiàn)"當(dāng)刻 悝塊要結(jié)束時(shí)和等離子體截止時(shí)來自衰減的等離子 體正離子將以小量電荷沉積在阻掛層和氣化慝上*氧 化物(如SiOj±表面正電荷和它的下表面的負(fù)電荷 所形成的電場'如果超過它的擊穿電場那么這層薄的 氧化物電介質(zhì)將發(fā)生機(jī)械性損壞-絕緣物休的載荷損 傷可參閱文獻(xiàn)。等離子低犠止期闔出現(xiàn)的器件損傷與 等離子棒密度梯度、電勢梯度有關(guān)而且隨薄層上的證 場增加而增大為了減小刻蝕和沉積過程中的器件損可以將 硅片敢在只產(chǎn)生所需要的原子種類的順流等離子休反 應(yīng)器中在輸運(yùn)中帶電粒子種類通過復(fù)合被除去另一 類等離子體輸運(yùn)反應(yīng)器的等離子休源通?？刂圃诨詹?頻率沁 MHs有時(shí)使用一種外

9、磁場增加對電子的約 夷在1、廠丁紋低樂y.離子以可悝制的低能總?cè)プ?擊襯底表面*便其損傷最小"在等離子協(xié)中產(chǎn)生的反應(yīng) 種類應(yīng)當(dāng)具有也刻蝕的反應(yīng)能量大一個(gè)電子伏，但比 原子位移所要求的能量對0 一 V半導(dǎo)休為3f 10R 小一些°Gillis等人發(fā)展了低能電子加強(qiáng)刻蝕技術(shù)(Low Energy Electron Enhanced Etching)，簡稱 LE4,在 LE4中樣品放在直流輝光放電的陽極上，電子能量 和到達(dá)樣品的負(fù)離子能量都限制在不比反應(yīng)丸怵電離 能大的某一宀值.住這個(gè)限制之匕的能量百效訊耘散 在氣相中的養(yǎng)彈性碰撞"電子髄量l-15eV,反應(yīng)種類 以熱速

10、度到樣品表面°這些電子將可恕略的動(dòng)量配給 刻蝕樣品的表面,從而避免了離子轟擊引起的器件損 傷.而“加強(qiáng)”了各向異性模式轉(zhuǎn)換的刻蝕化學(xué)oSLE4 實(shí)驗(yàn)中在氫和氯直瘋輝光放電等離子捧中，GbAs UOO)被刻蝕畑】，產(chǎn)生了極好的各向異性(:大于典人相 對于SiOi掩慎的選擇性在室溫下大于卻0,刻桂率為 SSnm/mm,且隨溫度增加而急劇增加.在純瓠等離子 協(xié)中刻蝕率崔150V達(dá)到4*養(yǎng)考文獻(xiàn)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",陽外粘"G ：2255-| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h t