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1、,等离子刻蚀工艺原理介绍Etch/CSMC2011.10.14,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,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,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).
2、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/分子电离.,为什么Plasma运用在干法刻蚀中,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).,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,圆片偏压的产生-2,电容耦合:RF功率通过RF电场直接传导到Plas
3、ma，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Plasma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,电容耦合,电感耦合,电容/电感耦合,Plasma Etch是多变量的工艺-Bias/TCP(Source)功率-Pressure-Gas Flow-
4、Temperature-BSC He-(Gap)-(B-Field)-Process Time,Plasma刻蚀的复杂性,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,Selectivity,Profile,Loading Effects,Particulates,Residue,Damage,结果,Gas density,Residence time,Ion density,DC bias,Free radicals,Ion en
5、ergy and,directionality,BSC He,(Gap),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,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,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是非常重要的。该工艺工作在腐蚀
6、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。,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。,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,Poly Etch各气体作
7、用,Metal Etch平衡图,Bias/TCP 功率,压力,(磁场),物理,化学,离子轰击BCl3+,化学腐蚀Cl*,化学淀积BCl3(+PR),腐蚀,淀积,Metal Etch各气体作用,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,SIO2/SiN Etch各气体作用,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,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
8、驻留时间。,压力作用:驻留时间,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,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,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,Q&A,问答,
