《反应离子刻蚀的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《反应离子刻蚀的研究.docx（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、反响离子刻蚀的争论反响离子刻蚀的争论摘要：反响离子刻蚀RIE是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，兼有离子溅射刻蚀和等离子化学刻蚀的优点，不仅区分率高，同时兼有各向异性和选择性好的优点，而且刻蚀速率快。通过转变 RIE 刻蚀参数如： 射频功率、腔体压强、气体流量、气体组分等可以调整两种刻蚀过程所占比重。因此，优化刻蚀工艺就是要选择最优的刻蚀参数组合，在减小刻蚀损伤的同时保证光滑的刻蚀外表和肯定的刻蚀速率以及方向性。本文归纳总结了常见薄膜的刻蚀优化方法。关键词：反响离子刻蚀；离子溅射；刻蚀速率；均匀性Research of Reactive Ion EtchingLu Dongmei, Yan
2、g Fashun(College of Science, Guizhou University, Gui Yang of Guizhou, 550025)Abstract: Reactive ion etching (RIE) is a kind of physicalfunctionandchemicaletching,highresolution, anisotropic and good selectivity, and the etching rate is fast. By changing the RIE etching parameters: such as, RF power,
3、 cavity pressure, gas composition, can adjust the two etching process. Therefore, optimize the etching processistoselecttheoptimaletchingparameters combination, reducing the etching damage at the same time ensure smooth etched surface and certain etchingrate. This article summarizes the common of th
4、in film etching method.Key words:Reactive ion etching; ion sputtering; etching rate; uniformity0 引言用光刻方法制成的微图形，只给出了电路的行貌，并不是真正的器件构造。因此需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去，这个工艺叫做刻蚀。通常 是用光刻工艺形成的光刻胶作掩模对下层材料进展腐蚀，去掉不要的局部，保存需要的局部。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀两类。湿法刻蚀是将硅片浸泡在可与被刻蚀薄膜进展反响的溶液中，用化学方法除去不要局部的薄膜。干法刻蚀主要利用气体辉光放电产生化学活性基、原子、离子等多种化
5、学成分和被腐蚀物质外表发生作用，是一简单的物理、化学过程。 随着图形的微细化对刻蚀区分率的要求不断提高，干法刻蚀以其可控性好、准确度高、较好的外表形貌、宜批 量生产等特点受到普遍重视。干法刻蚀加工方法主要有溅射与离子束铣蚀、等离子刻蚀(Plasma Etching)、反响离子刻蚀(RIE)等。RIE 是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，兼有离子溅射刻蚀和等离子化学刻蚀的优点，不仅区分率高，同时兼有各向异性和选择性好的优点，而且刻蚀速率快。RIE 的各向异性可以实现微小图形的转换，随着大规模集成电路工艺技术的进展，为满足越来越小的尺寸要求，RIE 已成为亚微米及以下尺寸最主要的刻蚀方式。构造
6、尺寸越小，对刻蚀工艺的要求也就越高。一方 面，要求高度的各向异性以得到刻蚀图形垂直的侧壁； 另一方面，要求很高的选择性和均匀性，使得图形层在刻蚀穿透的瞬间到达终止刻蚀过程；再者，还需要高的刻蚀速率以及良好的刻蚀截面和外表形貌 。1,21 RIE 的根本原理RIE 是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，反响室的剖面如图 1，其刻蚀机理为：射频辉光放电， 反响气体被击穿，产生等离子体。等离子体中包含正、 负离子，长短寿命的游离基和自由电子，可与刻蚀样品 外表发生化学反响；同时离子在电场作用下射向样品外表，并对其进展物理轰击。物理和化学的总和作用，完 成对样品的刻蚀。在平行电极等离子体反响腔体中，
7、被 刻蚀物是被置于面积较小的电极上，在这种状况下，一 个直流偏压会在等离子体和该电极间形成，并使带正电的反响气体离子加速撞击被刻蚀物质外表，这种离子轰击可大大加快外表的化学反响和反响生成物的脱附，从而导致很高的刻蚀速率，也正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现 。3图 1反响离子刻蚀设备简图Figure 1Reactive ion etching equipment diagram2 反响离子刻蚀的工艺处方2.1 RIE 的工艺处方RIE 中包含物理作用和化学作用，物理碰撞利用被加速的离子去撞击材料外表，是刻蚀损伤的主要来源。 假设物理过程占主导，刻蚀损伤较大；假设化学过程占主导，刻
8、蚀速度较慢，各向同性，而且刻蚀外表粗糙。 通过转变 RIE 刻蚀参数如：射频功率、腔体压强、气体流量等可以调整两种刻蚀过程所占比重。因此，优化 刻蚀工艺就是要选择最优的刻蚀参数组合，在减小刻蚀损伤的同时保证光滑的刻蚀外表和肯定的刻蚀速率以及方向性。通常状况下,均匀性可以用这样一个参数来衡量：T = (Vmax- V)/(2V)100%minaverage其中Vmax 和Vmin 是用台阶仪或者椭偏仪所测得薄膜厚度的最大值和最小值，Vaverage 则是所测得全部值的平均值 。32.2.1 刻蚀 SiO2通常状况在气体流量较小时，刻蚀速率随气体流量的增大而增大；但当气体流量饱和后，刻蚀速率随气体
9、 流量的增大而减小。当射频功率从 200W 提高到 300W 时，刻蚀速率显著提高，均匀性变好。但是当射频功率连续增加时，刻 蚀速率和均匀性的改善皆不明显，考虑到射频功率越高，离子轰击造成的损伤也越严峻，而射频功率高于300W 之后对提高刻蚀速率和改善刻蚀均匀性的作用不大，可认为 300W 左右是最正确射频功率范围。当气体压强较小时，气体压强增大，刻蚀速率会不断增加。随着气体压强的增加(5Pa 到 20Pa)，刻蚀速率却变小。要去除光刻胶，必需添加氧气，其主要作用是刻蚀 光刻胶，对二氧化硅的刻蚀速率没有显著影响，氧气流量的不同必定导致光刻胶刻蚀速率满足肯定的范围。添加 O 流量的不同得到不同的
10、选择比，总体趋势是选择2比随着氧气流量的增加而削减，当氧气流量在 3. 5sccm四周时，选择比最接近 1。固定条件： CHF : O =20:3.5sccm，压强 5pa，功32率 400W 时，选择比最接近 1，刻蚀速率较大 (大于45.66nm/min)，均匀性也很好(小于 7% )，是较优化的平坦化刻蚀工艺条件 。3,42.2.2 刻蚀 GaAs、AlAs、DBR由上下两个交替生长的AlAs 和AlxGa1-xAs 积存而成的分布布喇格反射镜(Distributed Bragg Reflector DBR)为了防止 GaAs、AlAs、DBR 外表可能的氧化物对刻蚀产生的影响，刻蚀前用
11、稀硫酸对样品外表进展处理。气体组分对刻蚀速率的影响：保持气体总流量不变的状况下，在 BCl 所占百分比较低时，随着 BCl 组分33的增加刻蚀速率增大。当 BCl 所占百分比到达 80%左3右时，速率到达；最大当 BCl 所占组分比较高时，可能3是由于当较高浓度的 BCl 各种化学成分重聚合导致3离子轰击力量减弱，化学反响力量降低使刻蚀速率降低。压强对刻蚀速率的影响：在压强较低的状况下，刻 蚀速率随着压强的增加而增加，压强增加到肯定程度随 着压强的增加，气体碰撞频繁导致离子的物理轰击作用 减小，刻蚀速率减小。射频功率对刻蚀速率的影响：随着射频功率的增加 刻蚀速率几乎是线性增加,试验结果说明：在
12、同样条件下 GaAs 刻蚀的速率高于 DBR 和 AlAs，在肯定条件下GaAs 刻蚀的刻蚀速率可达 400nm/min, AlAs 的刻蚀速率可达 350nm/min， DBR 的刻蚀速率可达 340nm/min，刻蚀后能够具有光滑的形貌，同时能够形成陡直的侧墙，侧墙的角度可达85。GaAs 的刻蚀速率高于 AlAs 和 DBR，这是由于反响离子刻蚀涉及参与反响的粒子的产生、输运以及反响产物的脱逸等过程，在反响产物中含 Al 元素的化合物挥发性相对较弱 。52.2.3 刻蚀 Pt 电极在不同 RO SF +O 的条件下，Pt 电极的刻262蚀速率呈现出先增后减，在 SF 和 O 的体积流量比
13、为6242，刻蚀速率最大，但是随着 O 含量的增加，刻蚀2速率快速降低。当功率渐渐上升的时候，刻蚀速率也会渐渐上升。 当射频功率从 80W 上升到 120 W 的时候，刻蚀速率提高得格外明显；而射频功率从 120 W 上升到 160 W 的时候，刻蚀速率提高的强度明显减弱。Pt 的刻蚀速率与刻蚀气体的混合比率以及刻蚀功率都有肯定关系。在一样功率下，RO SF +O =2/6，262刻蚀速率到达极大值，功率为 120 W 时，刻蚀速率极大值为 12.4 nm/min。AFM 分析说明，薄膜外表的粗糙度随刻蚀功率增加而变大，均方根粗糙度从 120 W时的 0.164 nm 增加到 160 W 时的
14、 0.285 nm。经优化工艺参数刻蚀后的 Pt 电极图形构造平坦，边缘整齐 。62.2.4 刻蚀氮化硅(Si3N4)承受 CHF 气体刻蚀 Si N 时，随着 CHF3 气体流量334的增加，氮化硅和光刻胶刻蚀速率随之发生微小变化，选择比(氮化硅刻蚀速率与光刻胶刻蚀速率之比)也变化不大(2)。CHF 流量为 30 sccm 时氮化硅刻蚀速率最大，3为 40 nm/min。低流量时刻蚀速率相对较低主要是由于反响气体供给缺乏；当流量大于 30 sccm 时，抽出去的气体的量增加，其中未参与反响的活性物质的抽出量也随之增加，故刻蚀速率又有所下降。随着气体流量的增 加，刻蚀后均匀性变好，在总流量接近
15、 30 sccm 时到达最正确；当流量的连续增加时，刻蚀均匀性又开头变差。可见，在肯定功率和压强下，CHF 气体流量为 30 sccm3时，氮化硅刻蚀速率最高，均匀性也最好。承受CHF +CF 刻蚀Si3N4 的刻蚀速率比承受CHF343刻蚀时大，且刻蚀速率随CF 流量的增大而增大。增加4CF 的比例，即增大反响气体中的 F/C 比，使刻蚀速率4增大。可见，承受 CHF +CF 刻蚀氮化硅，CF 流量为34415 sccm 时，均匀性最好，刻蚀速率和选择比也较高。O 可消耗掉局部碳氟原子，使氟活性原子比例上2升，导致刻蚀速率显著提高。刻蚀速率在 O 流量为 52sccm 左右时到达最大，之后由
16、于 O 对刻蚀气体的稀释,2刻蚀速率有所下降。用 CHF 和 O 对氮化硅进展刻蚀，32由于 O 消耗掉局部碳原子，刻蚀速率增大，同时使聚2合物局部淀积削减，获得了很好的刻蚀均匀性(1%)。7,82.2.5 刻蚀 Si刻蚀工艺过程分为钝化与刻蚀两步。用 SF 进展刻6蚀,用 C F 生成聚合物形成侧壁保护。垂直方向的刻蚀48速度远大于对侧壁的刻蚀速度 ,因此可以得到很好的各向异性刻蚀结果。通过对Si 干法刻蚀的主要工艺参数进展正交试验， 得出了一组较为抱负的刻蚀工艺参数：刻蚀气体 SF 和6保护气体 C F 的流量均为 13cm3/min-1，在一个周期内48通入刻蚀气体 SF 的时间为 4s，通入钝化气体C F 的时648间为 3s；线圈功率为 400W，平板功率为 110W。利用这组优化的工艺参数进展 Si 的干法刻蚀，所得到的微构造的深宽比大于 20：1 的抱负刻蚀结果，且刻蚀速率最高可以到达 3 00nm /min ，同时侧壁垂直度能够很好地掌握在 90四周的 1的范围内 。9,103总结随着大规模集成电路工艺技术的进展 ,为满足越来越小的尺寸要求,反响离子刻蚀已成为亚微米及以下尺寸最主要的蚀刻方式。通过对刻蚀工艺的争论,选择恰当工艺参数(如射频功率、气压、气体流量等等),可获得最正确工艺条件,并在保证刻蚀效果的同时提高刻蚀速率,是刻蚀工艺所追求的目标。