7.28--icp报告

郭彬前段工程——2012.7.28一、ICP蚀刻从属——蚀刻技术之干蚀刻二、ICP蚀刻环境——等离子（plasma、电浆）三、ICP蚀刻原理四、ICP蚀刻所需气体及作用五、ICP蚀刻机图顾名思义：ICP蚀刻是一种蚀刻技术，那么要学习ICP蚀刻就要先了解蚀刻技术。1.1、蚀刻技术1.1.1、定义：蚀刻技术是一种把制程中不要的薄膜部分蚀尽1.1.2、分类：湿式蚀刻(WetEtching)——利用化学溶液和薄膜间产生化学反应干式蚀刻(DryEtching)——利用物理作用(如电浆中离子去撞击晶片表面)把制程中不要的部分蚀刻干净1.2、干蚀刻技术1.2.1所谓干蚀刻,是以气体配合电浆(Plasma)技术来蚀刻表面原子的过程,在此制程中并不使用任何化学溶液.1.2.2在干式蚀刻中，随着制程参数和电浆状态的改变，可以区分为两种极端性质的蚀刻方式即纯物理性蚀刻与纯化学反应性蚀刻，以及物理和化学混合作用刻蚀单纯的物理或化学刻蚀所得到的刻蚀速率低于两者综合效应，如膜层表面先受到离子轰击，破坏表层结构，再施以化学反应，可得到数倍以上的刻蚀速率。物理和化学混合作用的机理可以理解为离子轰击改善化学刻蚀作用，加入离子撞击的作用有二：一是将待蚀刻物质表面的原子键结破坏，以加速蚀刻速率；二是将再沉积于待蚀刻物质表面的产物或聚合物(Polymer)打掉，以便待蚀刻物质表面能再与反应蚀刻气体接触。各向异性蚀刻的达成，则是靠再沉积的产物或聚合物，沉积于待蚀刻图形上，在表面的沉积物可被离子打掉，蚀刻可继续进行，而在侧壁上的沉积物，因未受离子的撞击而保留下来，阻隔了表面与反应蚀刻气体的接触，使得侧壁不受侵蚀，而获得各向异性蚀刻，如图所示。物理和化学混合作用机理刻蚀能获得好的线宽控制并有不错的选择比，因而目前最具广泛使用的方法便是结合物理性蚀刻与化学反应性蚀刻的方法。蚀刻原理图1.2.2常用干蚀刻技术活性离子蚀刻(ReactiveIonEtching,RIE).磁强化活性离子蚀刻(MagneticallyEnhancedRIE,MERIE).活性离子蚀刻(FeactiveIonBeamEtching,RIBE).低电压及电密度之电子回旋共振(ElectronCyclotronResonance,ECR).感应耦合电浆(InductivelyCoupledPlasma,ICP).2.1电浆之基本性质电浆可视为离子化之气态,这些带正负电粒子藉著静电力之交互作用,而呈现出集体化行为(CollectiveBehavior)2.2激发气体成离子化态之方式有二种方式:(1)直流电浆(DCPlasma)(2)射频交流电浆(ACPlasma):（无电荷蓄积现象；离子化之效果比DC方式来的强；反应腔真空度不必太高）2.3射频交流电浆原理电浆是等离子体，其内部正负离子相等，而如果解离腔体电极接上RFpower，由于其电极表面所带电荷的变换，会吸引正负离子及电子的接近，但因电子与带正电的原子核质量相差甚多，使得在经过高频的变换过程后，电子与正离子逐渐分离，质量较小的电子受吸引加速较快到达电极表面，使电极附近形成带负电的鞘层电压，这就是自偏压产生的原理。这个鞘层电压与等离子体之间存在电位差，从而会吸引正离子轰击基板表面，增加刻蚀的效应。2.3.1电子与正离子分离图ICP的上电极是一个螺旋感应线圈，连接功率为13.56MHz的射频电源来产生等离子体，感应线圈将电场与磁场集中，等离子体中电子受磁力作用而做螺旋运动，电子的平均自由程增加可使之获得较高的加速电压，这使得有效碰撞频率增加，离子解离率也因而大幅度增加，ICP模式下的离子密度可比一般解离电浆高约10～100倍。另外，如果要获得化学和物理刻蚀，可以在下电极装产生偏置（BIASVOLTAGE）的RF发生器（一般频率小于13.56MHz），可利用控制RFpower的大小来控制BIASVOLTAGE，进而控制离子轰击能量，这种以上电极感应线圈控制离子解离浓度，下电极控制离子轰击能量的方法，使得蚀刻制程可达到极为优良的控制，其所能运用的范围也更加宽广，缺点在于电浆匹配不易，设备多元性也容易造成维护上的困难，在制程中通常用于需要强有力离子轰击的蚀刻。ICP蚀刻所需气体主要有BCL3、CL2、Ar2、HeCl2和BCl3主要是用于化学蚀刻，而Ar主要是用于物理轰击蚀刻，化学蚀刻表面很平整，但是会侧腐蚀，而且速率慢物理蚀刻不会侧腐蚀，但表面会比较粗糙，速率快2}:为了兼顾工艺条件，所以两种蚀刻相互配合4.1BCL3和CL2Cl2和BCl3主要是用于化学蚀刻其中BCl3可以使刻蚀后表面更光滑，从而增强蚀刻异向性，提问为什么会使表面光滑？外延技术中，Al在量子阱等一些地方的出现加入BCl3，可以和Al的化合物生成一些聚合物，聚合物的出现可以粘附在外延片表面，使表面光滑。这时候，原来等离子体中的BCl2+的物理性作用已经不能满足，所以一般会这时候加入Ar2，加大纵向的轰击，所以蚀刻异向性增强。4.2Ar2辅助性气体，轰击除去表面杂质，断裂GaN化学键，增加垂直方向的蚀刻，增加异向性提问：为什么使用Ar2而不使用其他气体（例如N2、O2等）？1.Ar属单原子的气体不同于N2.O2。Ar是原子气,其部分电离只需获得电离能即可,而其它分子气体如N2等先要离解(N2-2N离解能),再电离(2N-2N+电离能),所以在同样条件下形成等离子体的话,则Ar2所需的能量要小的多，需要的温度较低.2.Ar+质量重、轰击效果好.4.3He2在ICP刻蚀中，由于受到plasma的轰击，wafer的表面温度很高，为了不破坏wafer的性能，需要给wafer降温。在wafer背面通氦气，可以把wafer的热量带走。但是，又不能让氦气从wafer的背面漏出来，进而影响chamber的压力，所以在刻蚀的开始阶段要进行wafer背面的氦气检漏，如果漏率太大，同时也能说明robot把wafer放的位置不好，或者wafer背面不平。5.1内部结构图5.2设备外观