第10章 干法刻蚀
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干法刻蚀
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干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。
当气体以等离子体形式存在时,它具备两个特点:一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多,根据被刻蚀材料的不同,选择合适的气体,就可以更快地与材料进行反应,实现刻蚀去除的目的;另一方面,还可以利用电场对等离子体进行引导和加速,使其具备一定能量,当其轰击被刻蚀物的表面时,会将被刻蚀物材料的原子击出,从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。
因此,干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。
干法刻蚀又分为三种:物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。
其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。
很明显,该溅射刻蚀靠能量的轰击打出原子的过程和溅射非常相像。
(想象一下,如果有一面很旧的土墙,用足球用力踢过去,可能就会有墙面的碎片从中剥离)这种极端的刻蚀方法方向性很强,可以做到各向异性刻蚀,但不能进行选择性刻蚀。
化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应,从而实现刻蚀目的。
由于刻蚀的核心还是化学反应(只是不涉及溶液的气体状态),因此刻蚀的效果和湿法刻蚀有些相近,具有较好的选择性,但各向异性较差。
人们对这两种极端过程进行折中,得到目前广泛应用的一些物理化学性刻蚀技术。
例如反应离子刻蚀(RIE --Reactive Ion
Etching)和高密度等离子体刻蚀(HDP)。
这些工艺通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀,同时兼有各向异性和选择性好的优点。
目前RIE已成为超大规模集成电路制造工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。
干法刻蚀原理干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,广泛应用于集成电路制造、微纳米器件制备等领域。
干法刻蚀是指在无液体介质的条件下,利用化学气相反应或物理能量加工材料表面的过程。
本文将介绍干法刻蚀的原理及其在微纳加工中的应用。
干法刻蚀的原理主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。
物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行加工,常见的有离子束刻蚀、反应离子刻蚀等。
而化学干法刻蚀则是通过化学气相反应来实现对材料的加工,包括等离子体刻蚀、化学气相沉积等。
在物理干法刻蚀中,离子束刻蚀是一种常见的方法。
离子束刻蚀是利用高能离子轰击材料表面,使其发生物理或化学变化,从而实现对材料的加工。
通过控制离子束的能量、角度和注入时间,可以实现对材料表面的精细加工。
在化学干法刻蚀中,等离子体刻蚀是一种常用的方法。
等离子体刻蚀是利用等离子体中的活性粒子对材料表面进行化学反应,从而实现对材料的加工。
通过控制等离子体中的成分和反应条件,可以实现对材料的高精度加工。
干法刻蚀在微纳加工中具有重要的应用价值。
首先,干法刻蚀可以实现对材料的高精度加工,可以制备出尺寸精密、表面光滑的微纳器件。
其次,干法刻蚀可以实现对材料的选择性加工,可以在不同材料之间实现清晰的界面。
最后,干法刻蚀可以实现对材料的大面积加工,可以满足大规模生产的需求。
总的来说,干法刻蚀是一种重要的微纳加工技术,具有高精度、选择性和大面积加工的优势。
在未来的微纳加工中,干法刻蚀将继续发挥重要作用,推动微纳器件的发展和应用。
1、刻蚀速率刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度,通常用Å/min表示。
※Å:埃米,1埃米Angstrom =1/10000000000米(10的负10次方)。
刻蚀速率=△T/t(Å/min)△T=去掉的材料厚度(Å或μm)t=刻蚀所用的时间(分)※负载效应:刻蚀速率和刻蚀面积成反比。
2、刻蚀剖面刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。
※各向同性和各向异性:各向同性,刻蚀在各个方向的速率一致;各向异性,刻蚀在各个方向的速率不一致。
3、刻蚀偏差刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化。
刻蚀偏差=W b-W aW b=刻蚀前光刻胶的线宽W a=光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽4、选择比选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料的刻蚀速率比。
选择比S R=E f/E rE f=被刻蚀材料的刻蚀速率E r=掩蔽层材料的刻蚀速率(如光刻胶)5、均匀性刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上,或整个一批,或批与批之间刻蚀能力的参数。
※ARDE,微负载效应。
6、残留物刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料。
它常常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。
7、聚合物聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体(如C2F4)和刻蚀生成物结合在一起形成的。
8、等离子体诱导损伤A、一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷,引起薄栅氧化硅的击穿。
B、另一种器件损伤是能量粒子对暴露的栅氧化层的轰击。
发生在刻蚀时栅电极的边缘。
9、颗粒沾污和缺陷等离子体带来的硅片损伤有时也由硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾污而引起的。
由于电势的差异,颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。
当没有等离子体时,这些颗粒就会掉到硅片表面。
氟基化学气体等离子体比氯基或溴基等离子体产生较少的颗粒,因为氟产生的刻蚀生成物具有较高的蒸汽压。
干法刻蚀是把硅片表面暴露于气态中产生的等离子体,等离子体通过光刻胶中开出的窗口,与硅片发生物理或化学反应(或同时有这两种反应),从而去掉暴露的表面材料。