影响电感耦合等离子刻蚀机刻蚀效果的工艺参数-ICP plasma etching

电感耦合等离子刻蚀机中,对刻蚀结果有重要影响的几个工艺参数分别是:刻蚀气体、射频功率以及DC偏压、腔体气压、温度、掩膜材料以及掩膜的形貌等,这几个关键工艺参数对刻蚀过程以及刻蚀结果的影响如下:

(1)刻蚀气体:

刻蚀气体的选择,应使对待刻蚀材料有较强腐蚀性,但是对待刻蚀材料的下层材料和掩膜材料有相对较低的腐蚀作用的适当气体,两者的对比越明显,即刻蚀过程的选择度更高。气体的配比决定刻蚀结果侧壁的形貌,不同气体组合,刻蚀过程中的物理过程和化学过程的比重不同,则各向异性的程度不同,侧壁形貌不同。气体的流量影响刻蚀速率,较大的气体流量增加了刻蚀的物理作用和化学作用,刻蚀速率提高。

(2)射频功率:

射频功率影响着气体的电离程度和DC偏压,当射频功率较高时,气体更大程度地电离,产生更多的活性自由基和离子,刻蚀过程中的化学作用增加从而提高了刻蚀速率。射频功率增加导致DC偏置增加,离子加速后的能量增加,对样品表面的物理撞击作用增强,物理刻蚀效果增强提高刻蚀速率。由于射频功率增加时,化学刻蚀效果增强导致侧壁的陡直度降低,物理刻蚀效果的增强导致样品表面粗糙度增加,因此在刻蚀速率和刻蚀形貌之间权衡,应选择合适的射频功率。

(3)压强:

压强值较大时,离子的平均自由程降低,粒子之间的碰撞增加导致离子能量下降,从而使刻蚀速率下降。当压强升高离子碰撞增加时,离子接近样品表面时的垂直度也随之降低,导致刻蚀结果的侧壁的陡直度下降。在5~12mTorr的范围内,压强对侧壁形貌的影响不大。

(4)温度:

刻蚀过程中要控制好基片的温度,尤其是光刻胶作为掩膜材料的时候,光刻胶对温度敏感,控制好温度防止光刻胶在刻蚀过程中受热熔化变形甚至炭化,影响刻蚀形貌和均匀性。无论是刻蚀的物理过程还是化学过程都对温度非常敏感,如果温度控制不够好,晶圆各处的刻蚀结果不一致,影响刻蚀过程的均匀性。

(5)掩膜:

掩膜材料的选择应保证对下层材料做到合适的保护并在刻蚀完成后,可以选择性地去除,在此过程中尽可能减少对样品的污染和伤害。常用的作为掩膜的材料有光刻胶、氧化硅和氮化硅等。首先要保证刻蚀过程对掩膜材料的刻蚀速率远小于对待刻蚀材料的刻蚀速率,保证较高的选择比。光刻胶作为掩膜,工艺步骤简单,仅需要一步光刻即可,同时光刻胶的去除简单,可以用丙酮等有机溶剂溶解,也可以使用氧气刻刻蚀的方法去除光刻胶。其工艺步骤简单,引入的污染和损伤较少,但光刻胶对温度和光照等环境因素敏感,在刻蚀过程中可能变形或熔化,影响刻蚀形貌。二氧化硅等材料作为掩膜,在光刻步骤之后还需要薄膜的生长,在刻蚀完成后,去除掩膜材料时也容易使被保护材料暴露于其环境中,引入更多的污染和损伤。但是二氧化硅等材料对环境不敏感,对于保护下层材料和保持图形形状能起到很好的效果。根据刻蚀过程的不同,应选择合适的掩膜材料。同时掩膜材料的图形决定刻蚀后的图形,若掩膜材料形貌不佳,会直接将该形貌转移到刻蚀的图形上,或者对待刻蚀材料起不到很好的保护作用,因此图形的转移质量在每一步工艺中都非常重要。