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    工業設計論文二氧化硅干法刻蝕傾角控制的工藝研究

    發布時間:2014-04-18 09:45所屬分類:工業設計論文瀏覽:1加入收藏 查看PDF文件后下載PDF文件

    干法刻蝕技術主要用于對基片進行精確加工,例如刻蝕掩膜、離子注入掩膜、終端結構成型等等;系牟煌涛g結構,取決于不同的刻蝕傾角。隨著半導體的發展,器件性能對二氧化硅的刻蝕工藝越來越嚴格,特別是垂直和平緩的傾角不易加工成型。 【摘要】采用反

      干法刻蝕技術主要用于對基片進行精確加工,例如刻蝕掩膜、離子注入掩膜、終端結構成型等等;系牟煌涛g結構,取決于不同的刻蝕傾角。隨著半導體的發展,器件性能對二氧化硅的刻蝕工藝越來越嚴格,特別是垂直和平緩的傾角不易加工成型。

      【摘要】采用反應離子體刻蝕機結合CHF3+SF6+O2混合氣體[1,2]刻蝕二氧化硅的工藝研究,并且采用正交試驗方法[3]調整刻蝕參數,得出影響刻蝕傾角的主要因素是CHF3和SF6。適當增加CHF3流量有助于形成陡直的刻蝕傾角;適當增加SF6流量并減小CHF3流量有助于形成平緩的刻蝕傾角。通過對實驗參數進行整體優化處理,最終實現了垂直、平緩的刻蝕傾角。為采用二氧化硅作為刻蝕掩膜以及終端結構提供了幫助。

      【關鍵詞】二氧化硅,干法刻蝕,刻蝕傾角

      為了改善這個問題,采用反應離子刻蝕(RIE)技術[6-8],對二氧化硅進行刻蝕?涛g氣體一般選用氟基氣體,如:SF6、CHF3或這兩者和氧氣的混合氣體,結合正交試驗法找到影響刻蝕傾角的主要因素,并優化工藝參數,刻蝕出垂直、平緩的傾角[5]。

      1.反應離子刻蝕原理(RIE)

      對反應腔中的腐蝕氣體,加上大于氣體擊穿臨界值的高頻電場,在強電場作用下,被高頻電場加速的雜散電子與氣體分子或原子進行隨機碰撞,當電子能量大到一定程度時,隨機碰撞變為非彈性碰撞,產生二次電子發射,它們又進一步與氣體分子碰撞,不斷激發或電離氣體分子。這種激烈碰撞引起電離和復合。當電子的產生和消失過程達到平衡時,放電能繼續不斷地維持下去。由非彈性碰撞產生的離子、電子及游離基(游離態的原子、分子或原子團)也稱為等離子體,具有很強的化學活性,可與被刻蝕樣品表面的原子起化學反應,形成揮發性物質,達到腐蝕樣品表層的目的。同時,由于陰極附近的電場方向垂直于陰極表面,高能離子在一定的工作壓力下,垂直地射向樣品表面,進行物理轟擊,使得反應離子刻蝕具有很好的各向異性。系統示意圖如圖1所示。

      3.結果分析

      經過對正交試驗的數據進行采集,分析得出影響刻蝕傾角的主要因素是CHF3和SF6兩種因子,分別增加CHF3和SF6的流量,刻蝕傾角變化顯著。

      然而,O2流量、氣壓、功率的變化對于刻蝕傾角影響不大。如圖2所示的不同因素與刻蝕傾角關系的曲線圖。

      如圖2所示,隨著CHF3的流量增加,刻蝕傾角逐漸增加,這是由于氣體CHF3在輝光放電環境下,在SiO2表面沉積一層碳氟薄膜[1],碳氟薄膜中的CFx基團與SiO2接觸并反應生成SiFCOx,然后在離子轟擊下生成揮發性物質SiF4和COx。當氣體CHF3達到一定流量時,同時碳氟薄膜達到一定的厚度,阻礙了CFx基團與SiO2反應,從而刻蝕傾角變化甚微。然而隨著SF6的流量增加,當達到4sccm時,氣體流量達到飽和狀態,刻蝕傾角達到了73o,如果繼續加大氣體流量,此時的工藝氣體達到了過飽和狀態,導致輝光放電產生的離子過盛,增加反應粒子之間的碰撞,從而使這些原本轟擊SiO2表面的反應粒子失去較多的能量,削弱了粒子對SiO2的物理轟擊作用。與此同時,增大反應氣體流量,抽走的活性物質也會加快,導致部分反應粒子未與SiO2反應,便與廢氣一起抽走,從而刻蝕傾角難以形成。

      通過對正交數據進行優化處理,主要調整CHF3和SF6的流量,其他因素進行微調,最終可以實現垂直的刻蝕傾角和平緩的刻蝕傾角。

      如圖3所示,在大流量CHF3的刻蝕下,最終SiO2被加工出90.96°近似垂直的刻蝕傾角;如圖4所示,加大SF6的流量,并且減小CHF3的流量,SiO2刻蝕區域得到了162.60°平緩的刻蝕傾角。

      4.結論

      在反應離子刻蝕中,影響二氧化硅刻蝕傾角的主要因素是氣體CHF3和氣體SF6。通過工藝優化,增加一定流量的氣體CHF3可以加工出垂直側壁;增大一定流量的氣體SF3并且減小CHF3的流量,可以加工出平緩側壁。證明了傾角在一定范圍內是可控的。

      參考文獻

      [1]嚴劍飛,袁凱,太惠玲,吳志明.二氧化硅的干法刻蝕工藝研究[J].微機處理,1002-2279(2010)02-0016-0.

      [2]郝慧娟,張玉林,盧文娟.二氧化硅的反應離子刻蝕[J].電子工業專業設備,1004-4507(2005)07-0048-04.

      [3]張海峰.二氧化硅等離子刻蝕研究[J].集成電路通訊,2010.06.

      [4]楊玲,楊磊,辛煜.頻率組合對容性耦合等離子體SiO2刻蝕的影響[J].蘇州大學學報,2010,10.

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