化學(xué)藥品的使用
與濕式刻蝕比較,等離子體刻蝕較少使用化學(xué)試劑,因此也減少了化學(xué)藥品的成本和處理費(fèi)用。
濺鍍沉積
與金屬薄膜蒸鍍沉積方法比較,等離子體濺鍍沉積產(chǎn)生的薄膜具有較高質(zhì)量、較少雜質(zhì)和較好的導(dǎo)電性。等離子體濺鍍沉積具有較好的均勻性、工藝控制和工藝兼容性等優(yōu)點(diǎn)。用濺鍍沉積的方式沉積金屬合金薄膜比蒸鍍方式容易得多。
等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積及等離子體刻蝕反應(yīng)器
工藝的差異性
CVDI藝過(guò)程是添加材料到襯底的表面,而刻蝕卻將材料從襯底表面移除,因此刻蝕要在較低壓力下進(jìn)行。低壓和高抽氣速率有助于增加離子轟擊并從刻蝕反應(yīng)室移除刻蝕副產(chǎn)品。PECVD通常在1~10Torr的高壓下操作(刻蝕過(guò)程的壓力為30?300mTorr)。
CVD反應(yīng)室設(shè)計(jì)
PECVD在晶圓表面上沉積薄膜,并使用離子轟擊協(xié)助控制薄膜的應(yīng)力。對(duì)于PECVD反
應(yīng)室,射頻電極(又稱面板、噴頭等)的面積和放置晶圓的接地電極面積基本相同,因此有較小的自偏壓。離子轟擊的能量在10?20eV之間,主要由射頻功率大小決定。下圖是PECVD反應(yīng)室的示意圖。
刻蝕反應(yīng)室的設(shè)計(jì)
如果刻蝕系統(tǒng)具有相同的射頻電極和接地電極,則兩個(gè)電極將獲得基本相等的離子轟擊??涛g過(guò)程主要依靠離子轟擊移除晶圓表面的材料,離子轟擊除了能移除襯底表面的材料外,更重要的是能打斷化學(xué)鍵,使被刻蝕材料的表面分子更容易和刻蝕劑自由基發(fā)生反應(yīng)。晶圓上增加離子轟擊的最簡(jiǎn)單方法就是增加射頻功率,這樣會(huì)增加離子轟擊的能量和流量。但是也會(huì)增加另一個(gè)電極的離子轟擊,并因?yàn)榱W游廴径s短電極的使用壽命。
通過(guò)將射頻電極面積(夾盤或陰極)設(shè)計(jì)成比接地電極面積(反應(yīng)室蓋子)小,結(jié)合自偏壓的優(yōu)點(diǎn),就可以使晶圓端的等離子體電位比反應(yīng)室蓋子端的電位高得多(見(jiàn)下圖)。所以晶圓端就成為高能離子轟擊最劇烈的地方,而反應(yīng)室蓋子的離子轟擊較少。晶圓端的離子轟擊能量在200?1000eV之間,反應(yīng)室蓋子端大約是10~20eV,這主要由射頻功率決定。離子轟擊的能量也與反應(yīng)室的壓力、電極間隔、氣體及所加的磁場(chǎng)有關(guān)。
等離子體刻蝕反應(yīng)室所需的壓力比PECVD反應(yīng)室低得多。低壓時(shí)電子的平均自由程很長(zhǎng)。如果平均自由程與電極間隔或反應(yīng)室的尺寸相同(大約10cm),則電子損失之前(通過(guò)擊中電極或反應(yīng)室的室壁而損失)將不會(huì)與氣體分子發(fā)生碰撞。由于產(chǎn)生或維持等離子體必須有離子化的碰撞,所以當(dāng)壓力很低時(shí)就很難產(chǎn)生等離子體。
磁場(chǎng)使電子以螺旋方式移動(dòng)。這種螺旋路徑強(qiáng)迫電子必須移動(dòng)較長(zhǎng)的距離才會(huì)撞擊電極或器壁,進(jìn)而增加了電子與分子間產(chǎn)生離子化碰撞的機(jī)會(huì)。磁場(chǎng)能在較低的壓力下(小于100mTorr)產(chǎn)生并維持等離子體。增加磁場(chǎng)能有效增加等離子體的密度,尤其在低壓狀態(tài)下。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:半導(dǎo)體行業(yè)(一百四十九)——等離子工藝(十)
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