半導(dǎo)體制造之等離子工藝詳解

化學(xué)藥品的使用

與濕式刻蝕比較，等離子體刻蝕較少使用化學(xué)試劑，因此也減少了化學(xué)藥品的成本和處理費用。

濺鍍沉積

與金屬薄膜蒸鍍沉積方法比較，等離子體濺鍍沉積產(chǎn)生的薄膜具有較高質(zhì)量、較少雜質(zhì)和較好的導(dǎo)電性。等離子體濺鍍沉積具有較好的均勻性、工藝控制和工藝兼容性等優(yōu)點。用濺鍍沉積的方式沉積金屬合金薄膜比蒸鍍方式容易得多。

等離子體增強化學(xué)氣相沉積及等離子體刻蝕反應(yīng)器

工藝的差異性

CVDI藝過程是添加材料到襯底的表面，而刻蝕卻將材料從襯底表面移除，因此刻蝕要在較低壓力下進(jìn)行。低壓和高抽氣速率有助于增加離子轟擊并從刻蝕反應(yīng)室移除刻蝕副產(chǎn)品。PECVD通常在1~10Torr的高壓下操作（刻蝕過程的壓力為30?300mTorr）。

CVD反應(yīng)室設(shè)計

PECVD在晶圓表面上沉積薄膜，并使用離子轟擊協(xié)助控制薄膜的應(yīng)力。對于PECVD反

應(yīng)室，射頻電極（又稱面板、噴頭等）的面積和放置晶圓的接地電極面積基本相同，因此有較小的自偏壓。離子轟擊的能量在10?20eV之間，主要由射頻功率大小決定。下圖是PECVD反應(yīng)室的示意圖。

刻蝕反應(yīng)室的設(shè)計

如果刻蝕系統(tǒng)具有相同的射頻電極和接地電極，則兩個電極將獲得基本相等的離子轟擊?？涛g過程主要依靠離子轟擊移除晶圓表面的材料，離子轟擊除了能移除襯底表面的材料外，更重要的是能打斷化學(xué)鍵，使被刻蝕材料的表面分子更容易和刻蝕劑自由基發(fā)生反應(yīng)。晶圓上增加離子轟擊的最簡單方法就是增加射頻功率，這樣會增加離子轟擊的能量和流量。但是也會增加另一個電極的離子轟擊，并因為粒子污染而縮短電極的使用壽命。

通過將射頻電極面積（夾盤或陰極）設(shè)計成比接地電極面積（反應(yīng)室蓋子）小，結(jié)合自偏壓的優(yōu)點，就可以使晶圓端的等離子體電位比反應(yīng)室蓋子端的電位高得多（見下圖）。所以晶圓端就成為高能離子轟擊最劇烈的地方，而反應(yīng)室蓋子的離子轟擊較少。晶圓端的離子轟擊能量在200?1000eV之間，反應(yīng)室蓋子端大約是10~20eV,這主要由射頻功率決定。離子轟擊的能量也與反應(yīng)室的壓力、電極間隔、氣體及所加的磁場有關(guān)。

等離子體刻蝕反應(yīng)室所需的壓力比PECVD反應(yīng)室低得多。低壓時電子的平均自由程很長。如果平均自由程與電極間隔或反應(yīng)室的尺寸相同（大約10cm）,則電子損失之前（通過擊中電極或反應(yīng)室的室壁而損失）將不會與氣體分子發(fā)生碰撞。由于產(chǎn)生或維持等離子體必須有離子化的碰撞，所以當(dāng)壓力很低時就很難產(chǎn)生等離子體。

磁場使電子以螺旋方式移動。這種螺旋路徑強迫電子必須移動較長的距離才會撞擊電極或器壁，進(jìn)而增加了電子與分子間產(chǎn)生離子化碰撞的機會。磁場能在較低的壓力下（小于100mTorr）產(chǎn)生并維持等離子體。增加磁場能有效增加等離子體的密度，尤其在低壓狀態(tài)下。

審核編輯：湯梓紅