半導(dǎo)體光刻工藝流程分析

等離子體蝕刻機(jī)需要與濕法蝕刻相同的元素：化學(xué)蝕刻劑和能量源。從物理上講，等離子體蝕刻機(jī)由室、真空系統(tǒng)、氣體供應(yīng)、終點(diǎn)檢測(cè)器和電源組成（如下圖所示）。晶圓被裝入室中，室內(nèi)的壓力被真空系統(tǒng)降低。真空建立后，室中充滿反應(yīng)氣體。對(duì)于硅二氧化物的蝕刻，氣體通常是與氧氣混合的CF4。電源在室內(nèi)的電極上產(chǎn)生射頻（RF）場(chǎng)。該領(lǐng)域激發(fā)氣體混合物進(jìn)入等離子體態(tài)。在激發(fā)狀態(tài)下，氟攻擊硅二氧化物，將其轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性成分，由真空系統(tǒng)從系統(tǒng)中移除。

平面等離子體蝕刻

對(duì)于更精確的蝕刻，使用平面等離子體系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包含桶系統(tǒng)的基本信息，但晶圓放置在RF電極下的接地托盤上（如下圖所示）。蝕刻是在晶圓實(shí)際上在等離子體場(chǎng)中進(jìn)行的。蝕刻離子比桶系統(tǒng)中的離子更具方向性，導(dǎo)致更各向異性的蝕刻。幾乎垂直的側(cè)壁可以通過等離子體蝕刻實(shí)現(xiàn)。通過在系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)晶圓托盤來增加蝕刻均勻性。

平面等離子體蝕刻系統(tǒng)設(shè)計(jì)為批量和單晶圓室配置。單晶圓系統(tǒng)因其能夠緊密控制蝕刻參數(shù)以實(shí)現(xiàn)均勻蝕刻而受歡迎。此外，帶有裝載鎖室的單晶圓系統(tǒng)可以保持高生產(chǎn)率，并且適合基于軌道的聯(lián)機(jī)自動(dòng)化。

RF產(chǎn)生的平行板等離子體源正在讓位于0.35微米處理的新來源。

正在考慮的高密度、低壓力等離子體源包括電子回旋共振（ECR）、高密度反射電子、螺旋波、感應(yīng)耦合等離子體（ICP）和變壓器耦合等離子體（TCP）。

干法蝕刻的優(yōu)劣包括：蝕刻速率、輻射損傷、選擇性、顆粒產(chǎn)生、蝕刻后腐蝕和所有權(quán)成本。

蝕刻速率

等離子體系統(tǒng)的蝕刻速率由許多因素決定。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和化學(xué)是其中兩個(gè)。其他是離子密度和系統(tǒng)壓力。離子密度（離子數(shù)/立方厘米）是供電量到電極的函數(shù)。（電源配置在后面章節(jié)中描述。）增加功率會(huì)產(chǎn)生更多離子，進(jìn)而增加蝕刻速率。離子密度類似于增加液體化學(xué)蝕刻溶液的強(qiáng)度。離子密度在3×10^10到3×10^12范圍內(nèi)。

系統(tǒng)壓力通過稱為平均自由路徑的現(xiàn)象影響蝕刻速率和均勻性。這是氣體原子或分子在與另一粒子碰撞之前平均會(huì)行進(jìn)的距離。在較高壓力下，有許多碰撞使粒子具有許多方向，這反過來會(huì)導(dǎo)致邊緣輪廓控制的喪失。低壓力更受歡迎，但存在與等離子體損傷的權(quán)衡，如下所述。系統(tǒng)壓力通常在0.4到50毫托的范圍內(nèi)。

蝕刻速率在600到2000埃/分鐘之間變化。

輻射損傷

似乎高密度源與低壓力是首選的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。然而，存在對(duì)晶圓的輻射或等離子體損傷的相反過程。等離子體場(chǎng)內(nèi)存在能量原子、自由基、離子、電子和光子。

這些物種，根據(jù)它們的濃度和能量水平，會(huì)在半導(dǎo)體中引起各種損傷。損傷包括表面泄漏、電氣參數(shù)變化、膜層退化（尤其是氧化物）以及對(duì)硅的損傷等。有兩種損傷機(jī)制。一種是簡單地過度暴露于等離子體中的高能物種。另一種是介電損耗，來自在蝕刻周期中跨介電材料流動(dòng)的電流。