半导体光刻工艺之刻蚀——干法刻蚀

半导体光刻⼯艺之刻蚀——⼲法刻蚀
湿法腐蚀的优点在于可以控制腐蚀液的化学成分,使得腐蚀液对特定薄膜材料的腐蚀速率远远⼤于其他材料的腐蚀速率,从⽽提⾼腐蚀的选择性。但是,由于湿法腐蚀的化学反应是各向同性的,因⽽位于光刻胶边缘下边的薄膜材料就不可避免的遭到腐蚀,这就使得湿法腐蚀⽆法满⾜ULSI⼯艺对加⼯精细线条的要求。所以相对于各向同性的湿法腐蚀,各向异性的⼲法刻蚀就成为了当前集成电路技术中刻蚀⼯艺的主流。
⼀、⼲法刻蚀的原理
⼲法刻蚀是指利⽤等离⼦体激活的化学反应或者是利⽤⾼能离⼦束轰击去除物质的⽅法。因为在刻蚀中并不使⽤溶液,所以称之为⼲法刻蚀。⼲法刻蚀因其原理不同可分为两种,⼀种是利⽤辉光放电产⽣的活性粒⼦与需要刻蚀的材料发⽣化学反应形成挥发性产物完成刻蚀,也称为等离⼦体刻蚀。第⼆种是通过⾼能离⼦轰击需要刻蚀的材料表⾯,使材料表⾯产⽣损伤并去除损伤的物理过程完成刻蚀,这种刻蚀是通过溅射过程完成的,也称为溅射刻蚀。上述两种⽅法的结合就产⽣了第三种刻蚀⽅法,称为反应离⼦刻蚀(简称RIE)。
背心袋生产设备在⼲法刻蚀中,纵向上的刻蚀速率远⼤于横向的刻蚀速率。这样,位于光刻胶边缘下边的材料,由于受到光刻胶的保护就不会被刻蚀。不过,在⼲法刻蚀的过程中,离⼦会对硅⽚上的光刻胶和⽆保护的薄膜
同时进⾏轰击刻蚀,其刻蚀的选择性就⽐湿法刻蚀差(所谓的选择性是指刻蚀⼯艺对刻蚀薄膜和其他材料的刻蚀速率的⽐值,选择性越⾼,表⽰刻蚀主要是在需要刻蚀的材料上进⾏)。
在等离⼦体中存在有离⼦、电⼦和游离基(游离态的原⼦、分⼦或原⼦团)等,这些游离态的原⼦、分⼦或原⼦团等活性粒⼦,具有很强的化学活性,如果在这种等离⼦体中放⼊硅⽚,位于硅⽚表⾯上的薄膜材料原⼦就会与等离⼦体中的激发态游离基发⽣化学反应,⽣成挥发性的物质,从⽽使薄膜材料受到刻蚀,这就是等离⼦体刻蚀的原理和过程。因为等离⼦体刻蚀主要是通过化学反应完成的,所以具有⽐较好的选择性,但是各向异性就相对较差。
在溅射刻蚀过程中,等离⼦体的⾼能离⼦射到硅⽚表⾯上的薄膜表⾯时,通过碰撞,⾼能离⼦与被碰撞的原⼦之间就会发⽣能量和动量的转移,从⽽使被撞原⼦受到扰动。如果轰击离⼦传递给被撞原⼦的能量⽐原来的结合能(从⼏个eV到⼏⼗个eV)还要⼤,就会使被撞原⼦脱离原来的位置飞溅出来,产⽣溅射现象。例如,辉光放电中产⽣的氩离⼦,其能量⾼达500eV以上,这种⾼能离⼦束轰击硅⽚上的薄膜表⾯就会形成溅射刻蚀。溅射刻蚀的优点是各向异性刻蚀,⽽且效果很好,但是对刻蚀的选择性相对较差。
反应离⼦刻蚀是⼀种介于溅射刻蚀与等离⼦体刻蚀之间的⼲法刻蚀技术。在反应离⼦刻蚀中,同时利⽤了物理溅射和化学反应的刻蚀机制。反应离⼦刻蚀与溅射刻蚀的主要区别是,反应离⼦刻蚀使⽤的
不是惰性⽓体,⽽是与等离⼦体刻蚀所使⽤的⽓体相同。由于在反应离⼦刻蚀中化学和物理作⽤都有助于实现刻蚀,因此就可以灵活的⼯作条件以求获得最佳的刻蚀效果。举例来说,如果某种⽓体的等离⼦体只与Si起化学反应,由于化学反应阻挡层SiO2的存在,就可以得到良好的Si/SiO2刻蚀速率⽐,从⽽保证刻蚀选择性的要求。反应离⼦刻蚀的缺点在于刻蚀重点难以检测。
综上所述,等离⼦体刻蚀和溅射刻蚀之间并没有明显的界限,⼀般来说,在刻蚀中物理作⽤和化学反应都可以发⽣。我们分析反应离⼦刻蚀、等离⼦体刻蚀和溅射刻蚀之间的关系可以看到:在反应离⼦刻蚀中,物理和化学作⽤都特别重要;在等离⼦体刻蚀中,物理效应很弱,主要是化学反应;⽽在溅射刻蚀中,⼏乎是纯物理作⽤。⽐较这三种刻蚀技术我们还可以发现,它们都是利⽤低压状态下(约0.01—133Pa)⽓体放电来形成等离⼦体作为⼲法刻蚀的基础,其区别是放电条件、使⽤⽓体的类型和所⽤反应系统的不同。刻蚀反应的模式取决于刻蚀系统的压⼒、温度、⽓流、功率和相关的可控参数。⽬前,在集成电路⼯艺过程中⼴泛使⽤的是反应离⼦技术。下⾯简要介绍采⽤⼲法刻蚀对集成电路制造中常⽤材料的刻蚀情况。
⼆、⼆氧化硅和硅的⼲法刻蚀
⼆氧化硅在集成电路⼯艺中的应⽤⾮常⼴泛,它可以作为隔离MOSFET的场氧化层,或者是MOSFET的栅氧化层,也可以作为⾦属间的介电材料,直⾄作为器件的最后保护层。因此,在集成电路⼯艺中
对SiO2的刻蚀是最为频繁的。在ULSI⼯艺中对⼆氧化硅的刻蚀通常是在含有氟化碳的等离⼦体中进⾏。早期刻蚀使⽤的⽓体为四氟化碳(CF4),现在使⽤⽐较⼴泛的⽓体主要有CHF3、C2F4、SF4,其⽬的都是⽤来提供碳原⼦核和氟原⼦与SO2进⾏反应。以CF4为例,当CF4与⾼能量电⼦(约10eV以上)碰撞时,就会产⽣各种离⼦、原⼦团、原⼦和游离基。其中产⽣氟游离基和CF3分⼦的电离反应。氟游离基可以与SiO, 和Si 发⽣化学反应。反应将⽣成具挥发性的四氟化硅(SiF4)。
CF4+e——CF3 ⼗F(游离基)+e
SiO2+4F——SiF4(⽓)+02
Si+4F——SiF4(⽓)
在ULSI⼯艺中对SiO2 的⼲法刻蚀主要是⽤于刻蚀接触窗⼝,以MOSFET的接触窗⼝刻蚀为例。在MOSFET的上⽅覆盖有SiO2 层(通常是硼磷硅玻璃,简称BPSG), 为了实现⾦属层与 MOSFET的源/漏极之间的接触,需要刻蚀掉位于 MOSFET源/漏极上⽅的SiO2。为了使⾦属与
MOSFET源/漏极能够充分接触,源/漏极上⽅的SiQ2必须彻底清除。但是在使⽤CF4等离⼦体对SiO2进⾏刻蚀时,等离⼦体在刻蚀完 SiO2之后,会继续对硅进⾏刻蚀。因此,在刻蚀硅上的⼆氧化硅时,必须认真考虑刻蚀的选择性问题。
为了解决这⼀问题,在CF4 等离⼦体中通常加⼈⼀些附加的⽓体成份,这些附加的⽓体成份可以影响刻蚀速度、刻蚀的选择性、均匀性和刻蚀后图形边缘的剖⾯效果。
在使⽤CF4对硅和⼆氧化硅进⾏等离⼦刻蚀时,如果在CF4的等离⼦体中加⼈适量的氧⽓,氧⽓也同样被电离。其中,氧原⼦将与CF4反应⽣成CO和CO2 , 以及少量的COF2 ,另⼀⽅⾯,氟原⼦在与SiO2反应的同时,还与CF4原⼦团(x≤3)结合⽽消耗掉。在纯CF4等离⼦体中,由于存在使氟原⼦消耗的反应,造成氟原⼦的稳态浓度⽐较低,所以刻蚀的速度也⽐较慢。如果加⼊氧,则氧可与CFx原⼦团形成COF2 , CO和CO2, 造成CF, 原⼦团耗尽,从⽽减少了氟原⼦的消耗,进⽽使得CFx等离⼦体内的氟原⼦数对碳原⼦数的⽐例上升,其结果是氟原⼦的浓度增加,从⽽加快SiO2 的刻蚀速度。型采
对于CF, 刻蚀Si薄膜,也有相同的情况。在CF4刻蚀⼆氧化硅的过程中,氧的组分⼤约占20%时刻蚀的速度达到最⼤值。⽽使⽤CF4刻蚀硅,刻蚀速度最⼤时氧的组分⼤约占12% 。继续增加氧的组分,刻蚀速度将会下降,⽽且硅刻蚀速度的下降程度⽐刻蚀⼆氧化硅快。对于刻蚀 SiO2⽽⾔,氧的组分达到23%之前,刻蚀速度都是增加的,在达到氧组分临界值之后,由于氟原⼦浓度被氧冲淡,刻蚀速度开始下降。另⼀⽅⾯,由⼲于反应是在薄膜表⾯进⾏的,在刻蚀硅的情况下,氧原⼦倾向于吸附在Si的表⾯上,这样就部分地阻挡了氟原⼦加⼈反应。随着更多氧的吸附,对Si的刻蚀影响进⼀步增加。⽽在刻蚀⼆氧化硅时就不存在类似的效应。因为等效地看,SiO2的表⾯⼀开始就被氧原⼦所包围。因此,对硅的刻蚀速度最⼤时,其氧⽓的组分要⼩于刻蚀 SiO2的情况。
如果在CF4等离⼦体中加⼈氢,情况就会完全不同。在反应离⼦刻蚀⼆氧化硅的过程中,在相当低的⽓压下加⼤氢的组分,⼆氧化硅的刻蚀速度随氢的组分的增加⽽缓慢减⼩,这种情况可以持续到氢的组分⼤约占40%.⽽对于硅的刻蚀来说,刻蚀速度随氢组分的增加快速下降,当氢的组分⼤于40%时,对Si的刻蚀将停⽌。在CF4等离⼦体中加⼈氢对刻蚀的影响情况。
我们可以通过CF4等离⼦体刻蚀Si和SiO2的化学反应机制来解释这⼀现象。在刻蚀Si的过程中,氟原⼦与氢原⼦发⽣反应,从⽽使氢原⼦的浓度下降,这样等离⼦体中碳的含量升⾼,刻蚀反应就会被⽣成⾼分⼦聚合物的反应所代替,这就减⼩了对Si的刻蚀速度。另⼀⽅⾯,CFx(x≤3)原⼦团也可以与Si反应,⽣成挥发性的 SiF, 但是反应剩余的碳原⼦会吸附在Si的表⾯上,这些碳原⼦就会妨碍后续反应的进⾏。对于刻蚀SiO2的情况,氟原⼦也会与氢原⼦发⽣反应,氢原⼦的浓度下降也使SiO2的刻蚀速度减缓。⾯与刻蚀Si的情况不同的是,在CFx(x≤3)原⼦团与SiO2反应⽣成挥发性的SiF4的同时,CFx(X<3)原⼦团中的碳原⼦可以与⼆氧化硅中的氧原⼦结合,⽣成CO, CO2以及COF2⽓体,因此SiO2刻蚀速度的减缓程度要⼩于刻蚀Si的情况。在氢浓度超过40%以后,由于⼤量的氟原⼦与氢反应,CF4等离⼦体中的碳浓度开始上升,这也会在⼆氧化硅的表⾯形成⾼分个聚合物,从⽽使SiO2的刻蚀速度下降。风能汽车
总的来看,在CF4等离⼦体中添加其他⽓体成份可影响等离⼦体内氟原⼦与碳原予的⽐例,简称F/C⽐。如果F/C⽐⽐较⾼(在CF4等离⼦体中添加氧⽓), 其影响倾向于加快刻蚀。反之,如果F/C⽐⽐
较低(在CF4等离⼦体中添加氢⽓), 刻蚀过程倾向于形成⾼分⼦聚合物薄膜。
根据上述研究,可以通过在CF4等离⼦体中加⼈其他⽓体成份的⽅法,来解决选择性刻蚀 SiO2/Si的问题。如果CF4等离⼦体中O2的含量增加,刻蚀 Si 和刻蚀 SiO2的速度都加快,并且Si刻蚀速度的加快程度要⼤于刻蚀 SiO2的情况。因此,在CF4等离⼦体中加⼈O2将导致 SiO2/Si 刻蚀的选择性变差。在CF4等离⼦体中加⼈氢⽓对 SiO2的刻蚀影响不⼤,但是可以减⼩对Si的刻蚀速度。这说明在CF4等离⼦体中加⼈适量的氢⽓,将可以加强SiO2/Si刻蚀的选择性。
在当前集成电路⼯艺的⼲法刻蚀中,通常使⽤CHF3等离⼦体来进⾏SiO2的刻蚀。有时在刻蚀的过程中还要加⼈少量的氧⽓来提⾼刻蚀的速度。此外,SF6和NF3可以⽤来做为提供氟原⼦的⽓体。因为SF6和NF3中不含碳原⼦,所以不会在Si的表⾯形成⾼分⼦聚合物薄膜。
三、Si3N4的⼲法刻蚀
在ULSI⼯艺中,Si3N4的⽤途主要有两种:⼀种是在⼆氧化硅层上通过LPCVD 淀积Si3N4薄膜,然后经过光刻和⼲法刻蚀形成图形,做为接下来氧化或扩散的掩蔽层,但是并不成为器件的组成部分。这类Si3N4薄膜可以使⽤CF4, CF4(加O2, SF6和NF3)的等离⼦体刻蚀。另⼀种是通过PECVD 淀积Si3N4做为器件保护层,这层 Si3N4 在经过光刻和⼲法刻蚀之后,氮化硅下⾯的⾦属化层露了出来,就形成了器件的压焊点,然后就可以进⾏测试和封装了。对于这种Si3N4薄膜,使⽤CF4-O2等离⼦体
或其他含有F原⼦的⽓体等离⼦体进⾏刻蚀就可以满⾜要求。
实际上⽤于刻蚀SiO2的⽅法,都可以⽤来刻蚀 Si3N4.由于Si-N键的结合能介于Si-0键与 Si-Si键之间,所以氮化硅的刻蚀速度在刻蚀 SiO2和刻蚀Si之间。这样,如果对Si3N4/SiO, 的刻蚀中使⽤ CF4或是其他含氟原⼦的⽓体等离⼦体,对Si3N4/SiO2的刻蚀选择性将会⽐较差。如果使⽤CHF3等离⼦体来进⾏刻蚀,对SiO2/Si的刻蚀选择性可以在10以上,⽽对Si3N4/Si的选择性则只有3~5左右,对 Si3N4/SiO2的选择性只有2~4左右。
刻蚀速率R是⼲法刻蚀的主要参数,刻蚀速率低,易于控制,但不适合实际⽣产要求。对于ULSI制造⼯艺,要有⾜够的刻蚀速率,且能重复、稳定的运⽤于⽣产中。这⼀节讨论⼏个影响刻蚀速率的主要因素。
四、离⼦能量和⼊射⾓
因为溅射刻蚀是利⽤物理溅射现象来完成的,所以,刻蚀速率由溅射率、离⼦束⼈射⾓和⼊射流密度决定,溅射率S定义为⼀个⼈射离⼦所能溅射出来的原⼦数。离⼦能量达到某⼀阈值能量以后(⼤约20 eV), 才能产⽣溅射,要想得到实⽤的溅射刻蚀速率,离⼦能量必须⽐阙值能量⼤得多(达⼏百eV以上)。在刻蚀⼯艺中离⼦的能量⼀般≤2keV, 在这 个能量范围内,⼤多数材料的溅射率随离⼦能量的增加单调上升,当离⼦能量达到⼀定程度之后,刻蚀速率随能量的增加是缓慢的。对于·ULSI所⽤
的材料,Ar+离⼦能量为500eV 时,溅射率的典型值为0. 5~1. 5.
离⼦⼈射⾓表⽰离⼦射向衬底表⾯的⾓度(垂直于表⾯⼈射时,), 它是溅射率的敏感函数。当⼈射⾓⼤于零并增⼤时,衬底原⼦脱离表⾯飞出的⼏率增⼤,但是当⼈射⾓超过某⼀值时,在表⾯反射的离⼦增多,溅射率下降。⼈射⾓从零逐渐增加,S值也逐渐增⼤,在某⼀⾓度0-0max时,溅射率达到最⼤值,随后⼜逐渐减⼩,当0=90时,溅射率减⼩到零,即S=0.
在等离⼦体刻蚀和反应离⼦刻蚀中,溅射对刻蚀速率的贡献很⼩,更重要的是离⼦与材料表⾯之间的化学反应。但实验证明,由等离⼦体产⽣的中性粒⼦与固体表⾯之间的作⽤将加速反应,这种离⼦加速反应在许多⼲法蚀⼯艺中都起着重要作⽤。图8. 32是离⼦加速刻蚀的例⼦,图中分别给出Ar+和XeF2离⼦束射向硅表⾯的情况,每种离⼦束单独⼈射时,刻蚀速率都相当低。Ar+离⼦束是物理溅射刻蚀,XeF2解离为Xe 和两个F原⼦,然后,F原⼦⾃发地和硅反应形成挥发性氟化硅。当450 eV的Ar+离⼦束和XeF2⽓体同时⼈射时,刻蚀速率⾮常⾼,⼤约为两种离⼦束单独刻蚀速率总和的8倍。
图8. 33 表⽰的是离⼦加速反应的另⼀个例⼦,图中给出的是有Ar+存在时,CI2与硅的反应。与F原⼦不同,Cl2不能⾃发地刻蚀硅,当⽤450eV 的Ar+离⼦束和Cl2同时射向表⾯时,硅被刻蚀,⽽且刻蚀速率⽐ Ar +溅射的刻蚀速率⾼得多。由图中可以看到,约轰击220秒时加⼈CI2⽓,刻蚀速率发⽣跃变,这是由于⼤量氯的存在所引起的。
有⼏种可以解释离⼦加速反应的机理。① 离⼦轰击将在衬底表⾯产⽣损伤或缺陷,加速了化学反应过程;②离⼦轰击可直接离解反应剂分⼦(例如XeF2或Cl2); ③离⼦轰击可以清除表⾯不挥发的残余物质。对这些机理及它们的相对重要性的研究仍旧是⼀个重要课题,并有所争论。
在上述的第⼀种情况中(XeF2⼗Si), 没有离⼦轰击时,离解的F原⼦可⾃发地刻蚀硅,但刻蚀速率低,在⾼能离⼦轰击下,提⾼了总刻蚀速率;在第⼆种情况下,没有⾼能离⼦轰击,(Cl2+Si)是不发⽣反应的。我们称前者为离⼦增强刻蚀;后⼀种情况称为离⼦感应刻蚀。
这两个例⼦说明,离⼦束刻蚀情况是与物过程有关的,并不是惰性⽓体离⼦的化学反应的贡献。在(XeF2⼗Si)和(Cl2+Si)的加速反应中,若离⼦能量为1keV时,Ar+, Ne+和He+离⼦的加速作⽤依次为Ar+>Ne+>He+。⼤量的研究结果表明,这些离⼦的加速作⽤与动量转移有关。但是,在CF4及其有关⽓体的等离⼦体刻蚀中,情况⼜不⼀样,这⾥离⼦本⾝就含有反应剂(例如CF3+)。在⽤XeF2刻蚀Si,并同时进⾏离⼦轰击的情况下,若⽤CF3+代替Ar+进⾏轰击,其刻蚀速率基本上不发⽣变化。因此,⾼能离⼦通过物理过程可以增强反应过程,与离⼦的化学反应⽆关。
对于反应离⼦刻蚀,等离⼦体中产⽣的主要是中性反应物,这些中性反应物先吸附于固体表⾯,再与表⾯原⼦反应,形成的反应物再解析成挥发性物质,整个反应可有等离⼦体中的⾼能离⼦诱发并加速。当然,⾼能离⼦提⾼反应速率的程度取决于所⽤的⽓体,材料和⼯艺参数的选取。
五、⽓体成份
migge q⽓体成份在等离⼦体刻蚀或反应离⼦到蚀中是影响刻蚀速率和选择性的关键因素,表8、1是VLSI制造中常⽤材料的⼀些代表性刻蚀⽓体。由表8.1可见,除了去除光削胶和刻蚀有机质之外,VLSI中主要使⽤卤素⽓体。选择⽓体的主要依据是,在等离⼦刻蚀温度(室温附近)下,它们是否能和剥蚀材料形成挥发性或准挥发性卤化物,由于含卤⽓体能相当容易地剂蚀VLSI所⽤的⽆机材料,⽽且⼯艺危害也很⼩,所以,卤化毒⽓体占有主要优势。
在反应刻蚀中,经常使⽤的是含多种成份的混合⽓体,这些混合⽓体由⼀种主要⽓体加⼊⼀种或⼏种添加剂组成,添加剂的作⽤是改善刻蚀速率、选择性、均匀性和刻蚀剖⾯。例如,在刻蚀Si和SiO2时,使⽤CF4为主的混合⽓体,
六、⽓体流速
⽓体流速决定反应剂的有效供给程度。反应剂的实际需要取决于有效反应物质产⽣与消耗之间的平衡过程,刻蚀剂损失的主要机制是漂移、扩散、复合以及附着和输运。
在⼀般⼯作条件中,⽓体流速射到蚀邃率R的影响不⼤,在极端情况下,可以观察到⽓体液邃的影响,例如,诙邃很⼩,刻蚀速率受反应剂供给量的限制1相反,当流邃很⼤时,输运成为反应剂损失
的主要原因。是否发⽣输出损失取决于泵速、⽓体和反应器内的材料,在⼀般情况下,活性反应剂的寿命根短,流速的影响不必考虑}当活性剂的寿命较长(例如F原⼦)时,流速对刻蚀速率R产⽣影响,由图8.34可见,R-1是流速的线性函数,这与反应剂滞留时间与流速的关系⼀致,说明在所⽰的条件下,活性剂的寿命由输运损失决定。
七、温度
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在反应剥蚀中,M度对刻蚀速率的影响主要是通过化学反应j直率体现的。为获得均匀、重复的刻蚀速率,必须认真控制衬底温度,等离⼦体加热是衬底温度上升的主要原因;此外,刻蚀过程的放热效应也不可忽视。
⼋、压⼒、功率密度和频率机房新风节能系统
压⼒、功率密度和频率都是独⽴的⼯艺参数,但在实际中,它们各⾃对刻蚀⼯艺的影响是难以预计的。压⼒和频率较低,⽽功率密度较⾼,可以提⾼电⼦能量和⼈射离⼦的能量,增加功率也可提⾼等离⼦体中活性剂和离⼦的密度。因此,在离⼦加速反应刻蚀中,降低压⼒或频率,或增加功率密度,可以获得更好的各向异性刻蚀。
⼀般刻蚀速率单调地随功率⽽增加。由于外加功率⼏乎都要转变为热量,因此,在功率密度板⾼时,样品温度升⾼,需要考虑衬底散热,否则,会造成有害的影响。
系统压⼒对到蚀速率的影响,随刻蚀材料及⽓体的不同⽽有明显的差异。随着系统压⼒増加,刻蚀速率增⼤,选择合适的刻蚀条件可以获得最⼤的刻恤速率。
频率主要是通过离⼦能量⾯影响到蚀速率。放电的⼯作电压障频率的降低⽽增加,因⽽离⼦的轰击能量在低频下将⽐⾼频下的⾼,⼜因为刻蚀速率与您轰击能量成正⽐,所以,在低频下能获得⽐较⾼的划蚀速率。
九、负载效应
在反应刻蚀的过程中,刻蚀的速率往往隲刻蚀⾯积的增⼤⽽减⼩,这种现象称为负载效应。当反应剂与剥蚀材料的反应迅速时,容易产⽣负戦效应。如果刻蚀是反应剂的主要损失机制,则刻蚀材料的表⾯积越⼤,反应剂的消耗速率就越快。活性物质的产⽣率由⼯艺参数(例如压⼒、功率、频率等)决定,与到蚀材料的多少⽆关、这样,反应刑的平衡浓度可由产⽣率和损失率之差决定,在反应离⼦刻蚀的过程中,刻蚀速率只与被刻蚀的⾯积成反⽐,刻蚀的速率R随被刻蚀的⾯积的増⼤⽽减⼩。这说明在⼀次刻蚀的过程中,需要刻蚀的硅⽚数⽬越多,由于反应原⼦和原⼦团的消耗,整体的刻蚀速率就越慢。若等离⼦体中反应刑的寿命很短,负载效应很⼩就可以忽略,反应剂的损失机构主要由刻蚀消耗所决定。
在集成电路⼯艺中,负载效应的出现,将影响图形尺⼨的精确控制,因为,随着刻蚀到达终点,被腐
材料的表⾯积迅速减⼩,此时的刻蚀速率就会⽐正常划蚀速率⾼得多,不但进⾏过刻蚀,⽽且也加速了倒向刻蚀,给条宽的控制造成困难。
从某种意义上说,负载效应是⼀种宏观过程,反应室中某个硅⽚的存在将影响另⼀硅⽚的刻蚀速率,这就意味着等离⼦体中反应剂的输运过程⾮常迅速,以致等离⼦体中的反应剂并不存在多⼤的浓度梯度。当然,被多打⾍图形的尺⼨和密度不同,也会影响刻蚀速率,这可能是由于反应速率不同,引起反应剂的局部浓度梯度⽽造成的。

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标签:刻蚀   反应   速率   溅射   等离
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