等離子刻蝕工藝

等離子體刻蝕分為兩個過程:首先,等離子體中產生化學活性組分;其次,這些活性組分與固體材料發生反應,形成揮發性化合物,從表面擴散排走。例如,CF4離解產生的F,與S反應生成SiF4氣體,結果是在含Si材料的表面形成了微觀銑削結構。等離子體刻蝕是一個通用術語,包括離子刻蝕、濺射刻蝕以及等離子體灰化等過程。

基底和工藝參數決定了表面改性的類型,基底溫度、處理時間和材料擴散特性決定了改性深度。等離子體僅能在表面刻蝕幾個微米的深度,改性后的表面特性發生了改變,但大部分材料的特性仍能得以保持。這項技術還可以用于表面清洗、固話、粗化、改變親水性及粘結性等,同樣也可以使電子顯微鏡下觀察的樣品變薄以及應用于半導體集成電路的制造過程中。在化學濺射中會發生反應并產生揮發性產物。常用的氣體包括Ar、He、O2、H2、H2O、CO2、Cl2、F2和有機蒸氣等。與存在化學反應的等離子體濺射相比,惰性離子濺射更像是一個物理過程。

等離子體用F刻蝕Si的技術廣泛應用于半導體設備的制造中,下面是刻蝕反應的三個步驟。

化學吸附:F2→F2(ads)→2F(ads)

反應::Si+4F(ads)→SiF4(ads)

解吸:SiF4(ads)→SiF4(gas)

高密度等離子體源在刻蝕工藝上具有許多優勢,例如,可以更精確地控制工作尺寸,刻蝕速率更高,更好的材料選擇性。高密度等離子體源可以在低壓下工作,從而減弱鞘層振蕩現象。使用高密度等離子體源刻蝕晶片時,為了使能量和離子通量彼此獨立,需要采用獨立射頻源對晶圓施加偏壓。因為典型的離子能量在幾個電子伏特量級,在離子進入負鞘層后,其能量經加速將達到上百電子伏特,并具有高度指向性,從而賦予離子刻蝕的各向異性。

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