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影響刻蝕效果的因素
點擊量：2395 日期：2023-08-08 編輯：硅時代
ICP 工藝中影響刻蝕效果的因素很多。工藝參數(shù)里包括源功率、偏壓功率、刻蝕氣體及流量、工作氣壓和溫度等。此外，掩膜的制備和反應(yīng)室內(nèi)壁的情況對刻蝕結(jié)果也有很重要的影響。
1.掩膜的影響
ICP 刻蝕是圖形轉(zhuǎn)移的過程，因此掩膜的制備對刻蝕非常重要。最常見的掩膜是光刻膠(Photoresist.PR)、SiO2和金屬(如A1、Ni等)。一個好的掩膜要求陡直度較高，邊緣光滑。底部去除干凈無殘留，抗高溫和抗轟擊能力強。
掩膜的陡直度和邊緣的光滑程度直接影響刻蝕剖面的陡直度和側(cè)壁的光滑程度。雖然可以通過工藝參數(shù)的調(diào)整改善刻蝕形貌，但是效果遠不如掩膜質(zhì)量的改善。因此高質(zhì)量的光刻技術(shù)對刻蝕非常重要。
(1)幾乎所有的掩膜制備都需要由光刻制備，光刻膠掩膜的制備最容易，精度也最高。但是，光刻膠的抗高溫和抗轟擊能力很差，只能用于低溫工藝，通常選擇比也較低。
(2)硬掩膜
SIO2 和金屬等硬掩膜一般需要光刻膠圖形的二次轉(zhuǎn)移，圖形精度會有所損失。但是它們的抗高溫和抗轟擊能力很好，選擇比高，可以刻蝕更深的深度。
2.工藝參數(shù)的影響
(1)ICP Power 源功率
這個功率源的主要作用是產(chǎn)生高密度等離子體，控制離子通量。功率增加時，離子和活性基密度增加，刻蝕速率也增加。一般情況下，選擇比也會增加。但過高時，均勻性會下降。
同時，源功率增加會帶給襯底更多的熱負(fù)荷，襯底溫度會明顯升高，對于需要低溫的工藝影響較大，需要更好的溫控系統(tǒng)。
(2)RF Power 偏壓功率
偏壓功率源主要作用是控制離子轟擊能量。對刻蝕速率和臺階角度影響很大。偏壓功率增加，刻蝕速率明顯增加。但是同時對掩膜的刻蝕也明顯增加，可能導(dǎo)致選擇比下降，臺階形貌變差。偏壓功率過高有時會在臺階底部形成“trenching”溝槽。
(3)工作氣壓
ICP 刻蝕的工作氣壓一般都小于 50mTorr，典型值在幾個 mTorr 至十幾mTorr。在這樣的低氣壓條件下，粒子的平均自由程很長，方向性好，離子轟擊作用也較強。同時，低氣壓也有利于揮發(fā)性刻蝕產(chǎn)物的解吸附，易獲得好的刻蝕結(jié)果。氣壓對均勻性影響很大，氣壓減小時均勻性更好。因此，氣壓減小，刻蝕的各向異性增加，均勻性和臺階角度會更好。
氣壓對刻蝕速率的影響隨刻蝕材料和氣體的不同而有明顯的差異。對于化學(xué)作用較強的工藝，如 GaAs 的刻蝕，氣壓較大時因為活性基和離子密度增加，刻蝕速率和選擇比會有較大增加。而對物理作用較強的工藝，如 SiO2 的刻蝕，氣壓增加時刻飩速率變化不大。
(4)氣體成分和流量
等離子體刻蝕中經(jīng)常使用含多種成分的混合氣體。這些氣體大體可分為三類。第一類是
主要刻蝕反應(yīng)氣體，與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性產(chǎn)物。如 CI2、CF4、SF6 等。
第二類是起抑制作用的氣體,可以在側(cè)壁形成阻擋層,實現(xiàn)高的各向異性刻蝕,如 CHF3、 BCl3、SiCI4、CH4等。
第三類是起稀釋或特殊作用的惰性氣體，如 Ar、He、N2 等?？梢栽鰪姷入x子體的穩(wěn)定性，改善刻蝕均勻性，或增加離子轟擊作用在(如 Ar)來提高各向異性和提高選擇比(如 H2、O2)等。
為了實現(xiàn)不同的刻蝕結(jié)果，平衡每一類氣體的作用(選用合適的流量比)非常重要。如果需要獲得較高的刻鐘速率,應(yīng)選擇和被刻蝕材料反應(yīng)積極并目生成物非常易干揮發(fā)的反應(yīng)類氣體，同時可以適當(dāng)提高其百分比濃度。但是，如果是被刻蝕層偏薄，對下層材料的選擇出又較低的情況，常常提高抑制氣體和稀釋氣體的比例來降低刻蝕速露，以實現(xiàn)對刻鐘終點的精確控制。
(5)溫度
溫度對刻蝕速率的影響主要體現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)速率的變化。因此為了保證刻蝕速率的均勻性和重復(fù)性，必須精確的控制襯底溫度。
高溫可以促進化學(xué)反應(yīng)的進行，同時也有利于揮發(fā)性產(chǎn)物的解吸附。對于刻蝕生成物揮發(fā)溫度較高的工藝，如 InP的刻蝕，高溫會帶來有利的影響，但是對于以光刻膠為掩膜的低溫工藝來說，溫度必須控制在較低的水平。溫度過高時光刻膠會軟化變形，造成刻蝕圖形的偏差。嚴(yán)重時光刻膠會碳化，導(dǎo)致刻蝕后很難去除。如果必須使用較高的襯底溫度，需要改為 SiO2、金屬等硬掩膜。
外加功率在很大程度上會轉(zhuǎn)化為熱量。對于ICP 這種等離子體，功率一般很高，反應(yīng)中襯底溫升很快。如果工藝對溫度非常敏感，在參數(shù)設(shè)置時應(yīng)更加注意。
