0 等离子刻蚀工艺原理介绍
等离子刻蚀的基本原理
大类：圆筒型和平行板型。其中圆 筒型设备在等离子腐蚀工艺中最先采用，至今仍在腐
蚀硅、多晶硅、氮化硅和去பைடு நூலகம்工艺中 广泛应用。
4)等离子腐蚀
①多晶硅的腐蚀一般采用CF4作为基本工作气体，它腐 蚀硅的活性基是F*，即有：进一步发现，对于圆筒隧 道型反应器，在CF4中加入2～6％的02能使等离子体中 的F*比例增大，提高腐蚀速率。
基塑绫金速室坦 等时，则维持等离子体状态。 等离子腐蚀就是利用放电过程中所形成的这些化学活性基与被腐蚀的膜
层发生选择性 的化学腐蚀反应，反应生成能够被气流带走的挥发性气体。其反应机理举
例如下： 其中“{”表示活性基，是具有很强的化学反应活性的物质。当它们与硅、
二氧化硅或氮化硅作用时，则反应生成可挥发的SiF等气体。 (2)等离子腐蚀特性 ①腐蚀材料的影响材料不同，腐蚀速度也不同。；
等离子腐蚀原理
在气体中，一般总存在微量的杂散电子。这些电子在高电场的加速下获
得能量，当它 跟气体中的原子或分子发生非弹性碰撞时，便产生二次发射电子。它们进
一步再与其它原 子或分子碰撞电离，就会产生气体辉光放电。在放电过程中，非弹性碰撞
可以产生分子激 励和活性基，它们的化学性质很活泼，但寿命很短，很快就被缔合。当激
对于图6一12(b)所示的石英圆管型反应器，其氧气比 例增加到50％左右。根据质量分析结果推断，在这种 情况下，由于cof*具有较长的寿命，并大都能随气流 到达硅片表面进行如下反应：
研生成的F*与Si作用，即达到腐蚀的目的。由于COF* 寿命较长，它随腐蚀区与等离子产生区距离的变化不 大，所以能快速而均匀地腐蚀硅片，
等离子体刻蚀-29页PPT资料
HF DI水 DI水 DI水
时间
4min 4min 4min 4min
温度 材质 自动盖
RT PP / RT PP /Байду номын сангаасRT PP / RT PP 自动盖
抽风
有 / / /
DI水 4min RT PP 自动盖 /
28
谢谢！
4
等离子体的产生
5
等离子体刻蚀原理
• 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应 气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活 性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材 料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的 优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理 形貌 。（这是各向同性反应）
• 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
6
等离子体刻蚀反应
7
• 首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下 分解成多种中性基团或离子。
C F e C,F C,F CF FC ,,以它 及们的离
4
3
2
• 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到 达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。
• 生产过程中，CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和 SiO2的刻蚀速率。
15
检验操作及判断
1. 确认万用表工作正常，量程置于200mV。 2. 冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相
o2等离子刻蚀 功率
氧等离子体刻蚀（O2 Plasma Etching）是一种干法刻蚀技术，常用于半导体制造、微机电系统（MEMS）等领域。
其主要原理是利用等离子体中的活性物种与被刻蚀材料之间的化学反应，实现对材料的去除。
在 O2 等离子体刻蚀过程中，氧气分子被离解成高活性的氧原子和氧离子，它们与被刻蚀材料的表面发生化学反应，生成挥发性的产物，从而实现刻蚀的目的。
O2 等离子体刻蚀的优点包括刻蚀速率高、选择性好、对衬底损伤小等。
O2 等离子体刻蚀的功率通常是根据具体的刻蚀要求和设备特性来确定的。
一般来说，刻蚀功率越高，刻蚀速率越快，但同时也会增加对衬底的损伤和等离子体不稳定性的风险。
因此，在选择刻蚀功率时需要综合考虑刻蚀速率、选择性、刻蚀均匀性和设备的能力等因素。
在实际应用中，O2 等离子体刻蚀的功率范围通常在几十瓦到几百瓦之间，具体数值取决于被刻蚀材料的种类、刻蚀深度、刻蚀面积以及设备的特性等因素。
此外，刻蚀功率还可以通过调整气体流量、压强和射频功率等参数来进行优化。
需要注意的是，O2 等离子体刻蚀过程中会产生一些副产物，如臭氧和一氧化碳等，这些副产物可能对刻蚀效果和设备造成影响。
因此，在进行 O2 等离子体刻蚀时，需要对副产物进行适当的控制和处理。
总之，O2 等离子体刻蚀的功率是根据具体的刻蚀要求和设备特性来确定的，需要综合考虑刻蚀速率、选择性、刻蚀均匀性和设备的能力等因素。
在实际应用中，需要对刻蚀参数进行优化，以获得最佳的刻蚀效果。
等离子体刻蚀工艺
等离子体刻蚀工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊等离子体刻蚀工艺，这可真是个厉害的玩意儿啊！你想想看，就好像我们要在一个小小的微观世界里搞大工程。
等离子体刻蚀呢，就像是一把超级精细的小刻刀，能在那些极小极小的材料上雕琢出我们想要的图案和形状。
它的工作原理其实挺有意思的。
等离子体就像是一群活跃的小精灵，在那里蹦蹦跳跳的，然后和材料发生反应，一点一点地把不需要的部分给去掉。
这多神奇呀！说起来，这等离子体刻蚀工艺就像是一位手艺精湛的工匠。
它得小心翼翼地把握好每一个细节，不能有丝毫的马虎。
要是稍微出点差错，那可就全完蛋啦！就好比你要雕一个精美的木雕，一刀刻错了，那整个作品不就毁了嘛！在很多高科技领域，等离子体刻蚀工艺那可是大显身手呢！比如说在半导体制造中，没有它可不行。
它能让那些小小的芯片变得更加精密，功能更强大。
你说，这是不是很了不起？而且哦，它还很灵活呢！可以根据不同的需求，调整各种参数，就像我们可以根据自己的喜好去搭配衣服一样。
想要刻蚀得深一点？没问题！想要刻蚀得快一点？也能做到！这就好像我们做饭，不同的食材、不同的火候、不同的调料，就能做出各种美味的菜肴。
等离子体刻蚀工艺也是这样，通过不同的设置，能创造出各种各样的奇迹。
再想想，要是没有等离子体刻蚀工艺，我们现在用的那些高科技产品会变成什么样呢？那肯定没这么先进啦！它就像是背后的无名英雄，默默地为我们的科技进步贡献着力量。
你说它难不难？当然难啦！这可不是随便谁都能玩得转的。
需要专业的知识和技能，还得有丰富的经验。
但正是因为它有难度，才更有挑战性，不是吗？所以啊，等离子体刻蚀工艺真的是个非常非常重要的东西。
它让我们的生活变得更加丰富多彩，让那些看似不可能的事情变成了可能。
我们真应该好好感谢它，给我们带来这么多的便利和惊喜！总之，等离子体刻蚀工艺就是这么牛，就是这么厉害！它在科技的舞台上闪闪发光，为我们创造着一个又一个的奇迹！。
等离子刻蚀工艺
等离子刻蚀工艺干法刻蚀技术是一个非常广泛的概念。
所有不涉及化学腐蚀液体的刻蚀技术或者材料加工技术都是干法，刻蚀则代表材料的加工是从表面通过逐层剥离的方法形成事先设计的图形或结构。
在所有的干法加工技术中，等离子刻蚀技术是应用最广泛的，也是微纳米加工能力最强的技术。
它是在等离子体中发生的，等离子体是在电场作用下产生的。
对气体通电，使气体被电离，随着气体分子的大量电离，气体由最初的绝缘状态变为导电状态，有电流通过，形成电场。
同时空间的自由电子也会不断与气体离子碰撞复合，恢复为气体原子。
最终电离与复合达到平衡态，在空间形成等离子体。
气体离子恢复到原子态会以光子形式释放能量，产生辉光，所以产生等离子体的过程又称为辉光放电过程。
如上所诉，等离子刻蚀过程是一个非常复杂的物理与化学过程，有多种可调控的参数，例如气体流量，压力与放电功率等。
每一个参数都会在某种程度上影响最后的刻蚀效果。
一次成功的刻蚀取决于如何调整上述参数以实现所需的抗蚀比，刻蚀速率和均匀性。
1.实验方案本实验利用等离子体干法刻蚀机对硅的氧化物进行刻蚀，以志圣刻蚀机为实验平台，刻蚀机参数变化范围如表1所示，以CF4，O2作为刻蚀气体进行了刻蚀实验。
实验目的是研究射频功率W，自偏压和气体流量等参数对刻蚀速率的影响，验证刻蚀结果的好坏主要考察选择比（抗蚀比），刻蚀速率和均匀性。
我们以加工相应的二氧化硅为样片来进行实验。
表1 设备稳定运行工艺参数2.实验结果分析2.1气体流量被刻蚀材料表面的原子与反应气体离子或自由基相互反应生成气体产物是反应离子刻蚀的主导过程，因此刻蚀速率直接与反应气体供给的速率有关。
在压强不变的条件下，流速台快，将导致反应气体分子在反应腔体停留时间缩短，因为维持压强不变意味着必须增加抽速度。
如果等离子体放电功率不变，则能够产生的反应气体活性离子减少，导致刻蚀速率下降。
反之，如果流速台低，被消耗掉的反应气体得不到及时供给，也会导致刻蚀速率降低。
等离子体蚀刻技术
等离子体蚀刻技术等离子体蚀刻技术是一种常用的微纳加工技术，广泛应用于半导体、光电子、微电子等领域。
本文将从等离子体蚀刻技术的基本原理、设备和工艺参数的选择以及应用领域等方面进行介绍。
一、等离子体蚀刻技术的基本原理等离子体蚀刻技术是利用高能粒子或分子束对材料表面进行刻蚀的一种方法。
其基本原理是通过在低压气体环境中产生等离子体，利用等离子体中的离子轰击材料表面，使其发生化学反应或物理过程，从而实现对材料表面的刻蚀。
等离子体蚀刻技术具有高精度、高选择性和高均匀性等优点，能够实现微纳米级的加工。
二、等离子体蚀刻设备等离子体蚀刻设备主要由气体供给系统、真空系统、射频功率源、电极系统以及控制系统等组成。
其中，气体供给系统用于提供刻蚀气体，真空系统用于提供蚀刻环境，射频功率源用于产生等离子体，电极系统用于加速和聚焦离子束，控制系统用于控制蚀刻过程的参数。
三、等离子体蚀刻工艺参数的选择等离子体蚀刻工艺参数的选择对于实现理想的加工效果至关重要。
其中，气体种类和流量、工作压力、射频功率和电极系统的设计等是需要考虑的关键因素。
不同材料的刻蚀速率和选择性不同，需要根据具体材料的特性和加工要求进行合理选择。
四、等离子体蚀刻的应用领域等离子体蚀刻技术在半导体、光电子、微电子等领域具有广泛的应用。
在半导体行业中，等离子体蚀刻技术常用于制备集成电路和光刻掩膜等工艺步骤。
在光电子领域，等离子体蚀刻技术可以用于制备光波导器件和微结构等。
在微电子领域，等离子体蚀刻技术可以用于制备微机械系统（MEMS）和纳米加工等。
等离子体蚀刻技术是一种重要的微纳加工技术，具有广泛的应用前景。
通过合理选择蚀刻工艺参数和设备设计，可以实现高精度、高选择性和高均匀性的加工效果。
随着科技的不断进步，相信等离子体蚀刻技术将在微纳加工领域发挥更加重要的作用。
等离子体刻蚀机原理
等离子体刻蚀机原理什么是等离子体？▪随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液体和气体。
它们统称为物质的三态。
▪当气体的温度进一步升高时，其中许多，甚至全部分子或原子将由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子。
这时物质将进入一种新的状态，即主要由电子和正离子（或是带正电的核）组成的状态。
这种状态的物质叫等离子体。
它可以称为物质的第四态。
等离子体的应用等离子体的应用等离子体的产生等离子体刻蚀原理▪等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性反应物而被去除。
▪这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
等离子体刻蚀反应▪首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下分解成多种中性基团或离子。
CF4→CF3，CF2，CF，C，F▪其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。
▪生产过程中，在CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和SiO2的刻蚀速率。
等离子体刻蚀工艺▪装片在待刻蚀硅片的两边，分别放置一片与硅片同样大小的玻璃夹板，叠放整齐，用夹具夹紧，确保待刻蚀的硅片中间没有大的缝隙。
将夹具平稳放入反应室的支架上，关好反应室的盖子。
检验方法▪冷热探针法检验原理▪热探针和N型半导体接触时，传导电子将流向温度较低的区域，使得热探针处电子缺少，因而其电势相对于同一材料上的室温触点而言将是正的。
▪同样道理，P型半导体热探针触点相对于室温触点而言将是负的。
▪此电势差可以用简单的微伏表测量。
▪热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一个探针的周围，也可以用小型的电烙铁。
检验操作及判断•确认万用表工作正常，量程置于200mV。
•冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相连。
•用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电压表显示这两点间的电压为负值，说明导电类型为p，刻蚀合格。
相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是否为p型。
等离子刻蚀工艺原理介绍
-------+- -+- +- -+ -+- +-
+
•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).
整理课件
5
圆片偏压的产生-1
• 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。
等离子刻蚀工艺原理介绍
Etch/CSMC 2011.10.14
整理课件
1
概述
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Plasma
• 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.
time
heavy ions decay voltage slowly
plasma potential
整理课件
time wafer voltage
v2 v1
7
Plasma刻蚀中的功率耦合 • 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).
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. 反应生成物扩散整到理气课件体当中被泵抽走
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Feed Gases
BCl3/Cl2 HBr/Cl2
Comments
Cl etches Si, B improves passivation HBr provides passiviation and selectivity to PR, Cl2 providdes main etchants O2 improves selectivity to SiO2 Higher etch rate, good oxide selectivity, isotropic High etch rate, but isotropic Good profile control for deep trench
--- Process Time
工艺控制和结果
工艺可控变量 Plasma 参数 结果
Temperature Gas Flows
Gas density Residence time
Etch Rate Uniformity Selectivity
Pressure
Power Time (Magnetic Field) BSC He (Gap)
Bias 功率的作用: 离子能量
功率 --> 控制离子浓度/能量。提高 Bias 功率，提高腐蚀速率。
Bias 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。
问答
Q&A
HBr/Cl2/O2 SF6 NF3 HBr/NF3/O2
Metal Etch平衡图
物理
离子轰击
BCl3+
化学腐蚀
Cl*
化学淀积
BCl3(+PR)
Bias/TCP 功率 压力 (磁场)
化学 腐蚀
气体 Wafer温度
淀积
Metal Etch各气体作用
Material
Aluminum or Aluminum Alloy
等离子刻蚀工艺原理介绍
Etch/CSMC 2011.10.14
概述
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
什么是Plasma
• 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.
电容耦合
plasma rf electric field
wafer
电感耦合
RF current in coil
RF magnetic field ionizing E-field (induced)
电容/电感耦合
P source/TCP inductive source defines density
time
0 “dc bias” (average wafer potential)
Plasma刻蚀中的功率耦合
• 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Plasma不是很有效. •在MERIE中，外加磁场也用于提高Plasma的浓度.
Feed Gases
BCl3/Cl2 N2/CHF3
Comments
Cl etches Al, B improves passivation Improve profile control, sidewall passiviation, CHF3 for<0.25um technology Remove Si, Cu and TiN residue W etchant
ETCHING
DC BIAS
POLYMERIZATION
O2 ADDITION
H2 Addition 1 2 3 4
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
压力作用: 驻留时间
• 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。
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ห้องสมุดไป่ตู้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?
Ion density
DC bias Free radicals Ion energy and directionality
Profile
Loading Effects Particulates Residue
Damage
化学性腐蚀工艺的六个步骤
Plasma flowing gas
• 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.
各向异性刻蚀中的圆片偏压
• 半导体圆片不一定是电 导体(因为表面可能淀积 一层SiO2或SiN膜), 直流 偏压不能工作, 因为 Plasma很快补偿了绝缘体 上的偏压.
-------+ + + + + + --------
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
物理
离子轰击
HBr+
化学腐蚀
Cl*
化学淀积
SiBr/HBr(+PR)
Bias/TCP 功率 压力 (磁场)
化学 腐蚀
气体 Wafer温度
淀积
Poly Etch各气体作用
Material
Polysilicon or Single Crystal Si
p
圆片偏压的产生-2
v2
V1
v1 +1 (kV) 0 -1 fast electrons decay voltage rapidly
time
V2
(kV)
+1 0 -1 heavy ions decay voltage slowly
plasma potential time wafer voltage
Ar SF6
SIO2 Etch平衡图
物理
离子轰击
Ar+
化学腐蚀
F*
化学淀积
-CF2-(+PR)
RF 功率 压力 (磁场)
化学 腐蚀
气体 Wafer温度
淀积
SIO2/SiN Etch各气体作用
Material
SiO2 or SiN
Feed Gases
CHF3/CF4
Comments
Standard etch gas, CF4 etchant, CHF3 give more polymer, improve sel to Si Increase Sel SiN to SiO2
1
2 3
Generation of etchant species
Diffusion to surface
Adsorption
6
Diffusion into bulk gas
5
Film
Desorption
4
Reaction
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
CH3F/O2
Ar SF6/O2 C4F8/CO
Bombardment SiN etchant, isotropic, O2 improve sel to SiO2 Increase Sel SiO2 to SiN
F/C比率和Polymer的形成
聚合和腐蚀的条件
CH3F CHF3 C4F8
C2F 4 C 4F10 C 2F6 CF 4
wafer
capacitive rf bias gives ions directed energy
P bias
Plasma刻蚀的复杂性
• Plasma Etch是多变量的工艺
--- Bias/TCP(Source)功率
--- Pressure --- Gas Flow --- Temperature --- BSC He --- (Gap) --- (B-Field)
+
•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).
圆片偏压的产生-1
• 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。