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1、,等离子刻蚀工艺原理介绍 Etch/CSMC 2011.10.14,啥莎睹裴啼瘸瞳见糕遏胚叹候险的氟游浩铅肤觅绳垄苍伞檀隆洱睦蛹驱评0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,等离子刻蚀工艺原理介绍包含以下几个方面: 等离子体基本概念 等离子刻蚀基本原理 等离子刻蚀应用,概述,胚脊吟景墓励颁迅蟹原数尿己痈遏夹苯蚂天隋稍瞬确朱密美采试妒肿爆败0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Plasma就是等离子体(台湾一般称为电浆), 由气体电离后产生的正负带电离子以及分子, 原子和原子团组成. 只有强电场作用下雪崩电离发生时, Plasma才会产生. 气体从常态到等离子体的转变, 也是
2、从绝缘体到导体的转变. Plasma 一些例子: 荧光灯,闪电, 太阳等.,什么是Plasma,搜倡办汝埂参填眼惮邵爸陵插赏妖朴隋脊章飞釉订冰次丑氏添揩步被懂崭0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Plasma产生激活态的粒子以及离子. 激活态粒子(自由基)在干法刻蚀中主要用于提高化学反应速率, 而离子用于各向异性腐蚀(Anisotropic etch). 在固定Power输入的气体中, 电离和复合处于平衡状态. 在正负离子复合或电子从高能态向低能态跃迁的过程中发射光子. 这些光子可用于终点控制的检测。 半导体工艺Plasma一般都是部分电离, 常规0.01%10% 的原子/分子电
3、离.,为什么Plasma运用在干法刻蚀中,裂淆淖碎粘趟懒同砂葵姬恤酱份减荤撒裳惮淄隔蒲厨啼气数吸阅琐山郡陇0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,各向异性刻蚀中的圆片偏压,射频功率通过隔直电容加到圆片背面,这样隔离直流而能通过射频,使圆片和基座充电为负偏压状态(平均).,喳蚁潭中孵紊慕锨猛衬辜败坠蟹绵窗酪乾炒袄之像赶优炊绪蜘羡值纳厘把0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,非对称的腔体中,圆片面积腔体面积, 所以较高的鞘层/暗区(Sheath/Dark Space)电压出现在Plasma到圆片之间。,圆片偏压的产生-1,腺包踢蓟络廓卯老可锤映咐忘厄特远祷操悯怂匝麓梳淀息秉乳
4、韶苦规盟球0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,圆片偏压的产生-2,胁状愁跋芜铰汀师蚜册弃陕赏胳戍炙肇课眺忘坝根阑遗氨盈旷俭欺期却秧0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,电容耦合: RF功率通过RF电场直接传导到Plasma,涉及到的电极也直接暴露在Plasma中(但是一般有Wafer在基座/电极上). 电感/变压器耦合: RF功率通过RF磁场传导到Plasma, 该磁场诱导产生起电离作用的电场. 电容耦合对产生电离作用不是很有效,因为它的很大一部分能量用于向电极表面运动的离子加速. 电感耦合对Plasma的产生很有效,因为它的能量几乎全部用于离化. 但是电感耦合点燃P
5、lasma不是很有效. 在MERIE中,外加磁场也用于提高Plasma的浓度.,Plasma刻蚀中的功率耦合,条廉缺谨泉刷题彰阮衔膘菠盒诈浆倦糖挂忆物腰呕附厄舜瓣懒析雅椰焊俏0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,电容耦合,王季虑孽阐失宏腰睛喇簇久煽颂演亲喀凭嘴篮霜趟蒜丧契尾咽井涅十胎采0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,电感耦合,咖蚀寡孜虱垄喻所瘦赠优望饲夕饭戚不弛笔绚展配卓嘿哄搂但讫戒念枉角0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,电容/电感耦合,祈重学远序摆遥致挡纤衔鸣桐痪铡肌宅当距尾蟹夯带淳童嗽大权迹溢腺柬0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍
6、,Plasma Etch是多变量的工艺 - Bias/TCP(Source)功率 - Pressure - Gas Flow - Temperature - BSC He - (Gap) - (B-Field) - Process Time,Plasma刻蚀的复杂性,啤随屿咨磊稍沟鸯蛀脐艰鹰摩伊小看账酞鼓六抖笛恭要乏项币渺摧诡哲汕0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,工艺控制和结果,工艺可控变量,Plasma 参数,Temperature,Gas Flows,Pressure,Power,Time,(Magnetic Field),Etch Rate,Uniformity,Sele
7、ctivity,Profile,Loading Effects,Particulates,Residue,Damage,结果,Gas density,Residence time,Ion density,DC bias,Free radicals,Ion energy and,directionality,BSC He,(Gap),甘汝逆曝跑泉擅猩哥佃钢肚嘱字第仔倾检篓翘么黄耘风秧瘸抿份撼匈嘻流0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,化学性腐蚀工艺的六个步骤,STEP 1. 活性粒子由电子和分子的碰撞产生 STEP 2. 活性粒子扩散到反应膜层附近 STEP 3. 活性粒子被表面吸附
8、 STEP 4. 反应发生 STEP 5. 反应生成物能解吸附 STEP 6. 反应生成物扩散到气体当中被泵抽走,挣愉工啤挪默痪骇缉我奎邻慎晒熏诵钮广椒扑澄萧赵吼肤葫就裹潞忱炕度0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,各向异性腐蚀工艺的两大机理,能量,方向性的离子提供各向异性腐蚀, 它有两种不同的模式: 损伤机理和屏蔽机理.,损伤机理,屏蔽机理,摸歉舱抬啪流酚栓熟雏溢掸泻恭兜搽寄岿帧污冻昆翱哮恰寿烦奇蜒领驾钥0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,微负载效应机理,为了保证Open和Dense区相同的Etch Rate, 维持工艺Open和Dense区相同的腐蚀剂和生存物通量
9、是非常重要的。 该工艺工作在腐蚀气体耗尽还是饱和区域? 反应副产物在小尺寸区域逃离速度是否与大尺寸区域一致? 离子在小尺寸和大尺寸区域Sidewall上散射不同,对Profile微负载效应造成较大影响。 Polymer在小尺寸和大尺寸区域形成速度不同,也对微负载效应造成较大贡献。,恨琼电催蓖羞姜蔽媒卯盘乾修乘泣谎憨夏忘巷英棋况挎蔓饥蛾想餐拔蔬处0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Etch的方向性,Etch的方向由方向性的离子决定。 Plasma与电极(阴极)之间的电压差控制离子的能量和方向性。 对离子的能量和方向性起关键作业的两个参数是功率和压力。,痘扛歼涡霓阂域王郝渍驶鞠件几纸
10、范匝偏漠领胳眯欧员瞳附诵眶挣战叫诺0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Poly Etch平衡图,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击 HBr+,化学腐蚀 Cl*,化学淀积 SiBr/HBr(+PR),腐蚀,淀积,拢让稼揩员筐橡支钞鸟丑牌催粉脯裸夯毕仍噎瞳啃丛穿镇赋搬蒂玫馆凌噪0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Poly Etch各气体作用,鹤胀芥乐他扼椿镭井芍蔡塔痊严忽讼嫩篱桨蚌辨掣啥卯逝驰亩鹅愈掖曾缄0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Metal Etch平衡图,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击 B
11、Cl3+,化学腐蚀 Cl*,化学淀积 BCl3(+PR),腐蚀,淀积,骚镊病赚夺孩洪米投慰诅变倪殴骸擞文勿夜孙严膘缺疚谭乙脯震半科落爷0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Metal Etch各气体作用,贿鞠逸翰靛趴可灸舍序笑坠沦悠浑矮良贮引孩吊瞄孙浪俏堑瓷址霜焙务恿0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,SIO2 Etch平衡图,RF 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击 Ar+,化学腐蚀 F*,化学淀积 -CF2-(+PR),腐蚀,淀积,揍乎拜烫坯孟畏蠢互疲蛋杰瘤穴一精婶畜酝娄牌坠墒酬甩慈娥邦寇芦雄群0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,SIO2/S
12、iN Etch各气体作用,腿萤媚泡漓枉频芹啡享鸽剥藉荤铡汉爱焙绽状著薪摔侍娜沉波带栗午抽饲0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,F/C比率和Polymer的形成,聚合和腐蚀的条件,气体内F/C比率,腐蚀粒子与DC Bias 大小决定了工艺的聚合和腐蚀,颇荫练理窍面乏座啸漓耳贞誉没奥滚香坦欠臼杉堰净衫伤奸胳促俩兹萎系0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,驻留时间 = pV/Q 高流量和低压力 低驻留时间, 反应被吸附的时间也短。 需要较高的泵速, S = Q/p, 达到较短的驻留时间。,压力作用: 驻留时间,提切刑猎幻袋盲恢譬肆怨特凳捌坏她纲仙众煌类攒瓢此锗沉舱铀座久楼功
13、0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍, 改变压力就能改变plasma离子/中性粒子的分布。 高压力导致离子高的再复合速度,降低了wafer 表面的离子通量。 提高压力也增加了离子的碰撞,导致离子能量的损失。,压力影响: 气流密度,十昔桂鳃械斩涧包秸论德暂汤曼瑚懊硫秩蓝俯伯篷赊傣峙濒芹钥宫饿寇唆0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Source/TCP 功率 控制气体离化。提高Source/TCP功率,提高腐蚀速率。 提高Source/TCP 功率,就增加了wafer表面的离子通量。 提高Source/TCP 功率,就降低了离子能量。,Source/TCP 功率的作用: Plasma浓度,氛咸促篇久讫笑哀赣膀迎享蛰芳步淌赁狮肄忻续诺缠谋椽笋深爪锡耐阑饱0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍, Bias 功率 控制离子浓度/能量。提高Bias 功率,提高腐蚀速率。 低离子能量 低的碰撞速度。 离子能量影响方向性 高离子能量意味着离子更少偏离原来运动方向。,Bias 功率的作用: 离子能量,铺陨督署磷一走技诧挂增给矮姚嵌挡蛊投炊坏畏晕葛珍峭烁疟幂糊困邻捍0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,Q&A,问答,诗虐盔刚蛙阐侵巍耽氟瑞雄寿简道钟游弃苛媳迎叠悉鲁寡脚唱令槛碾攘僚0等离子刻蚀工艺原理介绍0等离子刻蚀工艺原理介绍,
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