等离子刻蚀的基本过程:
气体 离化成活性粒子 扩散并吸附到待刻蚀表面 表面扩散 与表面膜反应 产物解吸附 离开硅片表面并排除腔室
主要反应粒子:离子,原子团(自由基),电子,中性粒子,其中中性粒子流最大,但是离子引起的损伤最重。
高压等离子体刻蚀通常在500mTorr压力下工作,反应离子刻蚀通常在数十mTorr量级工作。
一个典型的机制可以看到刻蚀的基本过程:
带正电的离子在电场的作用下发挥清道夫的作用,不断清除正面的惰性附着物, 留出新鲜的表面供等离子体中化学活性的粒子吸附并反应。
而侧壁由于没有充分的离子轰击,聚合的钝化膜阻止了反应的进行,所以,各向异性得以实现。
干法刻蚀类型和特点
干法刻蚀一般有以下几种:等离子体刻蚀、离子束和溅射刻蚀、反应离子刻蚀和反应离子束刻蚀。 (a)等离子体刻蚀(Plasma Etching)
等离子体刻蚀是运用气体辉光放电中等离子体使气相物质离子化,以强化其与基片的化学反应,而达到刻蚀目的的一种技术。由于等离子体刻蚀一般无法控制活性基团作用于基片的方向,因而是各向同性的,将会引起严重的钻蚀。但是,这种刻蚀通过选择不同的气体和气体混合物可获得较大的选择比。 (b)离子刻蚀
离子刻蚀包括离子束刻蚀(IBE)和溅射刻蚀(SE)两种。它们都是利用具有一定动能的惰性气体(如氩气)的离子轰击基片表面而造成刻蚀的,因此基本上是一种物理过程。 溅射刻蚀(SE)各向异性好,刻蚀图形边缘整齐,有很高的分辨率,但是这种方法轰击离子具有较高能量,易造成样品的辐射损伤,特别对性能较敏感的结构,且刻蚀速率小,并且对不同材料缺少选择性。
离子束刻蚀(IBE)则是利用离子源产生具有一定动能的惰性气体的离子,轰击样品表面而造成刻蚀。离子束刻蚀速率主要取决于离子束入射角、离子能量、离子束流密度以及被刻蚀材料
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(c)反应离子刻蚀(RIE)
在射频溅射刻蚀时,若用反应气体代替惰性气体,则称之为反应离子刻蚀,这种方法是离子轰击的物理效应和活性粒子的化学效应的结合,因而兼有前面两类刻蚀方法的优点,
不仅有高的刻蚀速率,而且可以有良好的方向性和选择比,能刻蚀精细图形。
反应离子刻蚀、溅射刻蚀和平板等离子体刻蚀的装臵基本上都是平行板电极系统。反应离子刻蚀与溅射刻蚀的主要区别在于:后者只是用惰性气体的离子束,而前者则是用活性气体。
(d)反应离子束刻蚀(RIBE)
利用从离子源发出的化学活性物质对基片表面进行轰击、反应,使基片刻蚀的方法。与IBE的区别是使用活性离子,而不是惰性气体离子。它具有可刻蚀亚微米结构能力,可控制侧壁倾角,减少反应室的玷污及腐蚀等优点,但也存在选择性差、器件寿命短、刻蚀速率低的问题。在新一代高密度等离子体源中,感应耦合等离子体技术(Inductively Coupled Plasma)和螺旋波等离子体(Helicon Plasma)最为引人注目,前者的工作原理是通过外加高频耦合射频电磁场,使电子和气体分子碰撞电离产生等离子体,该技术结合侧壁钝化工艺刻蚀硅,可获得高深宽比(>100)的硅微结构
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。后者则具有异常高的等离子体密度,在等离子体中心区
电离效率几乎可达100%。
表1-4对各种等离子体刻蚀工艺在反应物种类、反应机理以及刻蚀效果等作了简单的比较
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刻蚀方 等离子离子束 溅射刻反应离反应离法 体 刻蚀 刻蚀 蚀 子 子 刻蚀 束刻蚀 反应物游离基 非活性非活性活性离活性离种类 离子 离子 子 子 反应机化学反物理轰物理轰物理/化物理/理 应 击 小 击 小 学 中 化学 中 选择性 大 方向性 各向同各向异各向异各向异各向异性 损伤 性 性 性 性 较大 中(电子大(原子大(原子较大 的) 的) 的)
表1-4 各种等离子体刻蚀工艺的比较
(2)干法刻蚀工艺的基本要求
在集成电路、集成光路以及各种固体电子器件的加工中,对刻蚀工艺理想的要求是:
(a)能获得完整的精细图形。随着器件的高度集成化,

