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工业设计论文二氧化硅干法刻蚀倾角控制的工艺研究


所属栏目:工业设计论文
发布时间:2014-04-18 09:29:45  更新时间:2014-04-18 09:06:45

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  干法刻蚀技术主要用于对基片进行精确加工,例如刻蚀掩膜、离子注入掩膜、终端结构成型等等。基片上的不同刻蚀结构,取决于不同的刻蚀倾角。随着半导体的发展,器件性能对二氧化硅的刻蚀工艺越来越严格,特别是垂直和平缓的倾角不易加工成型。

  【摘要】采用反应离子体刻蚀机结合CHF3+SF6+O2混合气体[1,2]刻蚀二氧化硅的工艺研究,并且采用正交试验方法[3]调整刻蚀参数,得出影响刻蚀倾角的主要因素是CHF3和SF6。适当增加CHF3流量有助于形成陡直的刻蚀倾角;适当增加SF6流量并减小CHF3流量有助于形成平缓的刻蚀倾角。通过对实验参数进行整体优化处理,最终实现了垂直、平缓的刻蚀倾角。为采用二氧化硅作为刻蚀掩膜以及终端结构提供了帮助。

  【关键词】二氧化硅,干法刻蚀,刻蚀倾角

  为了改善这个问题,采用反应离子刻蚀(RIE)技术[6-8],对二氧化硅进行刻蚀。刻蚀气体一般选用氟基气体,如:SF6、CHF3或这两者和氧气的混合气体,结合正交试验法找到影响刻蚀倾角的主要因素,并优化工艺参数,刻蚀出垂直、平缓的倾角[5]。

  1.反应离子刻蚀原理(RIE)

  对反应腔中的腐蚀气体,加上大于气体击穿临界值的高频电场,在强电场作用下,被高频电场加速的杂散电子与气体分子或原子进行随机碰撞,当电子能量大到一定程度时,随机碰撞变为非弹性碰撞,产生二次电子发射,它们又进一步与气体分子碰撞,不断激发或电离气体分子。这种激烈碰撞引起电离和复合。当电子的产生和消失过程达到平衡时,放电能继续不断地维持下去。由非弹性碰撞产生的离子、电子及游离基(游离态的原子、分子或原子团)也称为等离子体,具有很强的化学活性,可与被刻蚀样品表面的原子起化学反应,形成挥发性物质,达到腐蚀样品表层的目的。同时,由于阴极附近的电场方向垂直于阴极表面,高能离子在一定的工作压力下,垂直地射向样品表面,进行物理轰击,使得反应离子刻蚀具有很好的各向异性。系统示意图如图1所示。

  3.结果分析

  经过对正交试验的数据进行采集,分析得出影响刻蚀倾角的主要因素是CHF3和SF6两种因子,分别增加CHF3和SF6的流量,刻蚀倾角变化显著。

  然而,O2流量、气压、功率的变化对于刻蚀倾角影响不大。如图2所示的不同因素与刻蚀倾角关系的曲线图。

  如图2所示,随着CHF3的流量增加,刻蚀倾角逐渐增加,这是由于气体CHF3在辉光放电环境下,在SiO2表面沉积一层碳氟薄膜[1],碳氟薄膜中的CFx基团与SiO2接触并反应生成SiFCOx,然后在离子轰击下生成挥发性物质SiF4和COx。当气体CHF3达到一定流量时,同时碳氟薄膜达到一定的厚度,阻碍了CFx基团与SiO2反应,从而刻蚀倾角变化甚微。然而随着SF6的流量增加,当达到4sccm时,气体流量达到饱和状态,刻蚀倾角达到了73o,如果继续加大气体流量,此时的工艺气体达到了过饱和状态,导致辉光放电产生的离子过盛,增加反应粒子之间的碰撞,从而使这些原本轰击SiO2表面的反应粒子失去较多的能量,削弱了粒子对SiO2的物理轰击作用。与此同时,增大反应气体流量,抽走的活性物质也会加快,导致部分反应粒子未与SiO2反应,便与废气一起抽走,从而刻蚀倾角难以形成。

  通过对正交数据进行优化处理,主要调整CHF3和SF6的流量,其他因素进行微调,最终可以实现垂直的刻蚀倾角和平缓的刻蚀倾角。

  如图3所示,在大流量CHF3的刻蚀下,最终SiO2被加工出90.96°近似垂直的刻蚀倾角;如图4所示,加大SF6的流量,并且减小CHF3的流量,SiO2刻蚀区域得到了162.60°平缓的刻蚀倾角。

  4.结论

  在反应离子刻蚀中,影响二氧化硅刻蚀倾角的主要因素是气体CHF3和气体SF6。通过工艺优化,增加一定流量的气体CHF3可以加工出垂直侧壁;增大一定流量的气体SF3并且减小CHF3的流量,可以加工出平缓侧壁。证明了倾角在一定范围内是可控的。

  参考文献

  [1]严剑飞,袁凯,太惠玲,吴志明.二氧化硅的干法刻蚀工艺研究[J].微机处理,1002-2279(2010)02-0016-0.

  [2]郝慧娟,张玉林,卢文娟.二氧化硅的反应离子刻蚀[J].电子工业专业设备,1004-4507(2005)07-0048-04.

  [3]张海峰.二氧化硅等离子刻蚀研究[J].集成电路通讯,2010.06.

  [4]杨玲,杨磊,辛煜.频率组合对容性耦合等离子体SiO2刻蚀的影响[J].苏州大学学报,2010,10.



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