等離子刻蝕工藝原理介紹

會計學1等離子刻蝕工藝原理介紹等離子刻蝕工藝原理介紹包含以下幾個方面：

等離子體基本概念等離子刻蝕基本原理等離子刻蝕應用概述第1頁/共29頁Plasma就是等離子體(臺灣一般稱為電漿),由氣體電離后產生的正負帶電離子以及分子,原子和原子團組成.只有強電場作用下雪崩電離發(fā)生時,Plasma才會產生.

氣體從常態(tài)到等離子體的轉變,也是從絕緣體到導體的轉變.Plasma一些例子:熒光燈,閃電,太陽等.

什么是Plasmaenergygasplasmaeeee第2頁/共29頁Plasma產生激活態(tài)的粒子以及離子.激活態(tài)粒子（自由基）在干法刻蝕中主要用于提高化學反應速率,而離子用于各向異性腐蝕(Anisotropicetch).

在固定Power輸入的氣體中,電離和復合處于平衡狀態(tài).在正負離子復合或電子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷的過程中發(fā)射光子.這些光子可用于終點控制的檢測。半導體工藝Plasma一般都是部分電離,常規(guī)0.01%~10%的原子/分子電離.

為什么Plasma運用在干法刻蝕中第3頁/共29頁

各向異性刻蝕中的圓片偏壓射頻功率通過隔直電容加到圓片背面，這樣隔離直流而能通過射頻，使圓片和基座充電為負偏壓狀態(tài)(平均).

半導體圓片不一定是電導體(因為表面可能淀積一層SiO2或SiN膜),直流偏壓不能工作,因為Plasma很快補償了絕緣體上的偏壓.--------++++++

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非對稱的腔體中，圓片面積<<腔體面積，所以較高的鞘層/暗區(qū)(Sheath/DarkSpace)電壓出現在Plasma到圓片之間。圓片偏壓的產生-1plasmasheathasheathbSheathbsheathaplasmap第5頁/共29頁圓片偏壓的產生-2第6頁/共29頁

電容耦合:RF功率通過RF電場直接傳導到Plasma，涉及到的電極也直接暴露在Plasma中(但是一般有Wafer在基座/電極上).

電感/變壓器耦合:RF功率通過RF磁場傳導到Plasma,該磁場誘導產生起電離作用的電場.

電容耦合對產生電離作用不是很有效，因為它的很大一部分能量用于向電極表面運動的離子加速.電感耦合對Plasma的產生很有效，因為它的能量幾乎全部用于離化.但是電感耦合點燃Plasma不是很有效.在MERIE中，外加磁場也用于提高Plasma的濃度.Plasma刻蝕中的功率耦合第7頁/共29頁電容耦合plasmarfelectricfieldwafer第8頁/共29頁電感耦合RFcurrentincoilRFmagneticfieldionizingE-field(induced)第9頁/共29頁電容/電感耦合inductivesourcedefinesdensityPsource/TCPwafercapacitiverfbiasgivesionsdirectedenergyPbias第10頁/共29頁PlasmaEtch是多變量的工藝

---Bias/TCP(Source)功率

---Pressure---GasFlow---Temperature---BSCHe---(Gap)---(B-Field)---ProcessTimePlasma刻蝕的復雜性第11頁/共29頁工藝控制和結果工藝可控變量Plasma參數·Temperature·GasFlows·Pressure·Power·Time·(MagneticField)·EtchRate·Uniformity·Selectivity·Profile·LoadingEffects·Particulates·Residue·Damage結果·Gasdensity·Residencetime·Iondensity·DCbias·Freeradicals·Ionenergyanddirectionality·BSCHe·(Gap)第12頁/共29頁化學性腐蝕工藝的六個步驟PlasmaflowinggasGenerationofetchantspecies1DiffusiontosurfaceAdsorptionReactionFilmDesorptionDiffusionintobulkgas23456STEP1.活性粒子由電子和分子的碰撞產生STEP2.活性粒子擴散到反應膜層附近STEP3.活性粒子被表面吸附STEP4.反應發(fā)生STEP5.反應生成物能解吸附STEP6.反應生成物擴散到氣體當中被泵抽走第13頁/共29頁各向異性腐蝕工藝的兩大機理能量，方向性的離子提供各向異性腐蝕,它有兩種不同的模式:損傷機理和屏蔽機理.損傷機理屏蔽機理第14頁/共29頁微負載效應機理

為了保證Open和Dense區(qū)相同的EtchRate，維持工藝Open和Dense區(qū)相同的腐蝕劑和生存物通量是非常重要的。該工藝工作在腐蝕氣體耗盡還是飽和區(qū)域?

反應副產物在小尺寸區(qū)域逃離速度是否與大尺寸區(qū)域一致?

離子在小尺寸和大尺寸區(qū)域Sidewall上散射不同，對Profile微負載效應造成較大影響。

Polymer在小尺寸和大尺寸區(qū)域形成速度不同，也對微負載效應造成較大貢獻。第15頁/共29頁Etch的方向性

Etch的方向由方向性的離子決定。

Plasma與電極（陰極）之間的電壓差控制離子的能量和方向性。對離子的能量和方向性起關鍵作業(yè)的兩個參數是功率和壓力。第16頁/共29頁PolyEtch平衡圖

氣體Wafer溫度Bias/TCP功率壓力(磁場)物理化學離子轟擊HBr+化學腐蝕Cl*化學淀積SiBr/HBr(+PR)腐蝕淀積第17頁/共29頁PolyEtch各氣體作用第18頁/共29頁MetalEtch平衡圖

氣體Wafer溫度Bias/TCP功率壓力(磁場)物理化學離子轟擊BCl3+化學腐蝕Cl*化學淀積BCl3(+PR)腐蝕淀積第19頁/共29頁MetalEtch各氣體作用第20頁/共29頁SIO2Etch平衡圖

氣體Wafer溫度RF功率壓力(磁場)物理化學離子轟擊Ar+化學腐蝕F*化學淀積-CF2-(+PR)腐蝕淀積第21頁/共29頁SIO2/SiNEtch各氣體作用第22頁/共29頁F/C比率和Polymer的形成C2F4C4F10C2F6CF4ETCHINGPOLYMERIZATIONO2ADDITIONH2Addition1234DCBIASCH3FCHF3C4F8聚合和腐蝕的條件氣體內F/C比率，腐蝕粒子與DCBias大小決定了工藝的聚合和腐蝕第23頁/共29頁

駐留時間=pV/Q

高流量和低壓力–低駐留時間,反應被吸附的時間也短。需要較高的泵速,S=Q/p,達到較短的駐留時間。壓力作用:駐留時間第24頁/共29頁·改變壓力就能改變plasma離子/中性粒子的分布。·高壓力導致離子高的再復合速度，降低了wafer

表面的離子通量。·提高壓力也增加了離子的碰撞，導致離子能量的損失。壓力影響:氣流密度第25頁/共29頁Source/TCP功率–控制氣體離化。提高Source/TCP功率，提高腐蝕速率。提高Source/TCP

功率，就增加了wafer表面的離子通量。提高Source/TCP功率，就降低了離子能量。So