刻蚀选择比研究

11刻蚀工艺与设备培训王瑗纳米加工平台2009.5IBE图片22刻蚀的基本原理1IBE刻蚀原理及设备2RIE刻蚀原理及设备3ICP刻蚀原理及设备4工艺过程、检测及仪器533刻蚀用物理的、化学的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分材料去除，从而得到和抗蚀剂完全一致的图形刻蚀的基本原理144衬底掩膜离子轰击干法刻蚀过程示意刻蚀的基本原理155干法刻蚀工艺特点：①好的侧壁剖面控制，即各向异性②良好的刻蚀选择性;合适的刻蚀速率；好的片内均匀性③工艺稳定性好，适用于工业生产刻蚀种类:①干法刻蚀利用等离子体将不要的材料去除（亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方法）②湿法刻蚀利用腐蚀性液体将不要的材料去除刻蚀的基本原理166刻蚀参数刻蚀速率习惯上把单位时间内去除材料的厚度定义为刻蚀速率刻蚀前刻蚀后刻蚀速率=刻蚀的基本原理1刻蚀速率由工艺和设备变量决定，如被刻蚀材料类型，刻蚀机的结构配置，使用的刻蚀气体和工艺参数设置7选择比同一刻蚀条件下，被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。刻蚀的基本原理1刻蚀参数均匀性衡量刻蚀工艺在整个晶片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数NU(%)=(Emax-Emin)/2Eave88刻蚀剖面被刻蚀图形的侧壁形状刻蚀的基本原理1各向同性：在所有方向上以相同的刻蚀速率进行刻蚀各向异性：刻蚀只在垂直于晶片表面的方向进行99离子束刻蚀（IBE)原理•离子束刻蚀是利用具有一定能量的离子轰击材料表面，使材料原子发生溅射，从而达到刻蚀目的把Ar、Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。IBE刻蚀原理及设备21010离子源构成及工作原理IBE刻蚀原理及设备21111IBE刻蚀特点9方向性好，各向异性，无钻蚀，陡直度高9分辨率高，可小于0.01μm9不受刻蚀材料限制（金属or化合物，无机物or有机物，绝缘体or半导体均可）9刻蚀过程中可改变离子束入射角θ来控制图形轮廓离子束刻蚀速率影响因素A.被刻蚀材料种类B.离子能量C.离子束流密度D.离子束入射角度IBE刻蚀原理及设备21212IBE-A150设备冷却水离子源真空室分子泵电控柜IBE刻蚀原理及设备21313IBE相关刻蚀数据材料刻蚀速率nm/min材料刻蚀速率nm/min材料刻蚀速率nm/minNi17-18Ti7-8GaN34-36SiO217-18Al15-16Au55Ge33-34TiN5-6ITO32-34Si17-18GaAs35-40AZ胶18材料刻蚀速率nm/min材料刻蚀速率nm/min材料刻蚀速率nm/minPMMA21AZ胶10Au35-37Si14-15Ni-Cr合金10-12离子能量：350eV离子能量：300eVIBE刻蚀原理及设备214IBE刻蚀原理及设备2GlassSiNi1515IBE操作注意事项•启动离子源之前，必须确保离子源室和工件台通入冷却水•如果刻蚀工艺采用离子束入射角度≥30度时，在刻蚀时间到达预定值10s前，必须将工件台转回水平位置•为更好的传递热量，放片时需在片子背面涂硅脂放片、取片过程中应尽量避免油脂玷污片子图形表面•取片后用异丙醇擦去工件台上硅脂•抽真空次序不能错，开主阀前要确认真空度达到-1级IBE刻蚀原理及设备21616反应离子刻蚀（RIE）刻蚀原理•刻蚀速率高、可控•各向异性，形貌可控•选择比高RIE刻蚀原理及设备3一种采用化学反应和物理离子轰击去除晶片表面材料的技术1717分离排放扩散表面扩散解吸反应等离子体工艺RIE刻蚀原理及设备31818RIE刻蚀原理及设备31919TEGALPLASMAETCHER,MODEL903e适用于150mm单片晶片上的SiO2和Si3N4的刻蚀；刻蚀温度能控制在20－35度之间主机射频源显示器RIE刻蚀原理及设备320201SiO2刻蚀光刻胶掩膜Profirle85-90°刻蚀均匀性+/-5%典型刻蚀速率：PSG6000Å/min热氧化SiO24000Å/min选择比：SiO2:PR5:1SiO2:silicon/polysilicon=10:12Si3N4刻蚀光刻胶掩膜Profile85-90°刻蚀均匀性+/-5%典型刻蚀速率：Si3N44000Å/minPSG6000Å/min选择比：Si3N4:PR3:1Si3N4:aluminum100:1RIE刻蚀原理及设备32121RIE操作注意事项•初始设置为6寸片刻蚀，必须放在两侧片架里，左侧进片，右侧出片•每次程序运行前要将两边片架重新手动定位•射频源功率不宜设置过高，小于500WRIE刻蚀原理及设备32222电感耦合等离子体（ICP）刻蚀原理ICP刻蚀原理及设备4包括两套通过自动匹配网络控制的13.56MHz射频电源一套连接缠绕在腔室外的螺线圈，使线圈产生感应耦合的电场，在电场作用下，刻蚀气体辉光放电产生高密度等离子体。功率的大小直接影响等离子体的电离率，从而影响等离子体的密度。第二套射频电源连接在腔室内下方的电极上，此电极为直径205mm的圆形平台，机械手送来的石英盘和样品放在此台上进行刻蚀。2323RIEICP离子密度低(~109~1010/cm3)离子密度高(1011/cm3)（刻蚀速率高）离子密度与离子能量不能分别控制（离子密度大，离子能量也大）离子密度由ICP功率控制，离子能量由RF功率控制离子能量低，刻蚀速率低在低离子能量下可控离子流量达到高刻蚀速率（形貌控制）低压下刻蚀速率低低压下由于高离子流量从而维持高刻蚀速率DCBias高损伤大低DCbias损伤小RIE与ICP比较ICP刻蚀原理及设备42424OxfordPlasmalabSystem100ICP180Wafers经由loadlock后再进出反应腔,确保反应腔维持在真空下不受粉尘及湿度的影响.将有毒气体及危险气体与超净室隔离开能量产生能量产生温控温控真空真空气路气路ICP刻蚀原理及设备42525•ICP功率:0-3000W•RF功率：0-1000W•压力范围:1-100mT•加工范围：6寸•工艺气体：Cl2,BCl3,HBr,CH4,He,O2,H2,N2ICP刻蚀原理及设备42626藉由氦气良好的热传导特性,能将芯片上温度均匀化氦气冷却原理ICP刻蚀原理及设备42727ICP刻蚀原理及设备42828MaterialEtchrate(µm/min)ProcessGasMaskSelectivityUniformity2”RepeatabilityProfileGaN0.5~1BCl3/Cl2SiO25~10:1±2%(1x2”)±4%(4x2”)±2%80°±2°GaAs0.3BCl3/Cl2PR5:1±3%(1x2”)±3%90°±2°GaAsVia2BCl3/Cl2PR20:1±3%(1x2”)±3%75°-90°±3°ControllableInP2HBrSiO210:1±3%(1x2”)±3%90°±2°ICP相关刻蚀数据ICP刻蚀原理及设备42929GaAs刻蚀ICP刻蚀原理及设备43030GaAs穿孔刻蚀ICP刻蚀原理及设备43131GaN刻蚀ICP刻蚀原理及设备43232InP刻蚀ICP刻蚀原理及设备43333ICP操作注意事项•小片刻蚀时需要在片子背面涂真空油脂，放片、取片过程中应尽量避免油脂玷污片子图形表面，可用异丙醇擦除•ICPService模式权限很大，为避免误操作，仅限关闭真空装置时操作•在手动模式下进行托盘定位时，一定要注意门阀的开启状态及卡盘的升起与否，以免造成机械手、阀门、卡盘损坏•射频源功率不宜设置过高,ICP小于2000W,RF小于500WICP刻蚀原理及设备43434加工过程中参数调节ICP刻蚀原理及设备4温度温度刻蚀速率，化学反应功率功率离子密度，离子能量压力压力离子密度，离子方向性，化学刻蚀其他其他气体流量，反应物材料，反应物洁净度，掩膜材料3535¾刻蚀前的准备要点操作者必须仔细认真阅读操作说明，并明确每个部件在刻蚀系统中的作用检查水、电、气是否接好，并打开电源，冷却循环水，N2及压缩空气¾检查所刻蚀的样品情况，掩膜厚度光学显微镜-表面洁净度，粗糙度SEM-掩膜形貌，表面粗糙度膜厚仪/台阶仪/光学轮廓仪-掩膜/薄膜厚度¾若工作腔室处于真空，须先放气然后再放入刻蚀样品。进入真空室系统的样品或零件，绝对要求外部干净，尤其防止将水和易挥发性的固体或液体带入系统，放好样品后，即可开始抽真空刻蚀过程中密切关注监控系统，程序运行中不稳定情况，记录所有参数（功率，气体流量等）工艺过程、检测及仪器53636¾刻蚀后的检查(1)正面颜色是否异常及刮伤(2)有无缺角及Particle•测量台阶高度——台阶仪，•测量膜厚——膜厚仪，•剖面形貌——SEM/光学轮廓仪工艺过程、检测及仪器537•刻蚀上机操作培训400元（暂定）•上机操作培训后有实习期实习期间需在平台刻蚀组人员在场的情况下进行操作查强Email：[e-mail]王瑗Email：[e-mail]：62872627，628725173838谢谢39附件•IBE操作流程装片1关闭真空计“POWER”开关。2关闭工作台上的“主阀”按钮。3打开“放气阀”按钮。4等待1分钟左右，待N2充满整个真空室后，打开真空室门板，关闭“放气阀”按钮。5粘片：将样品台中间区域均匀的涂上为样片大小薄薄一层“7501”硅脂，用镊子夹住样片，将样片一边贴在硅脂上，慢慢地放下另一边，用镊子按住样片一端，在硅脂上稍稍移动样片，以便赶走样片与硅脂之间的气泡，使得样片与硅脂紧密粘在一起。（注意：如果用力过大，片子可能会碎裂）6完成粘片操作后，关闭真空室门板。7关闭“下道阀”按钮，打开“上道阀”按钮，此时机械泵对真空室抽取真空。等两分钟后，打开真空计“POWER”开关。8待真空计上显示“9E-1”时,打开“下道阀”按钮关闭第一组合单元上的“上道阀”按钮。9开启“主阀”，等待第三单元右边的真空计到达“5E-4”以下时，便可进行下面的刻蚀操作了403.4调节“屏栅”旋钮，使“离子能量”显示为所需要的数值。（此时加速电压可能会有波动，再次适当调节“加速”旋钮和“屏栅”旋钮，使其加速电压和离子能量达到所需要的数值）。3.5调节“阴极”和“阳极”旋钮，使得“离子束流”显示为所需要的数值，同时要保证阳极电压量程表指示数为45V左右。（因为各电源之间有关联，调节过程需要配合进行）3.6调节“中和”旋钮，使得“中和电流”显示为所需要的数值。（中和电流一般为离子束流的1.3---1.5倍之间）4参数设定完毕后，开启“时控”按钮，此时，载片台上方的挡板移开，刻蚀开始，如果需要一定的入射角进行刻蚀，可以旋转门板上的手柄，使其载片台旋转至所需要的角度。5按所规定的时间刻蚀完毕后，关闭“时控”按钮，此时，载片台上方的挡板又重新回到片子的上方了。（注意：如果刻蚀过程中，载片台有一定的角度，则在挡板重新回到片子上方前一定要将载片台扳到原来的0度，以免挡板与载片台相撞）刻蚀1开启“气体流量显示及控制”这一栏下方的截止阀，并将截止阀上方的开关拨向“阀控”，旋其右方的旋钮根据需要设定Ar气的气体流量。（一般稳定在4.7Sccm）2开启“刻蚀时间显示及控制”在这一栏下方“旋转”与“冷却”按钮，并设定所需要的刻蚀时间。3开启离子源开关，设定参数如下：3.1调节“阴极”旋钮，使其上方的阴极电流量程表指示为5.5A-6A。3.2调节“阳极”旋钮，直至起弧为止。（即阳极电流量程表有指数）3.3调节“加速”旋钮，使其上方的加速电压量程表指数为180V。41取片1关闭真空计“POWER”开关2关闭“主阀”按钮3打开“放气阀”按钮4等待1分钟左右，待N2充满整个真空室后，打开真空室门板。5用镊子将样片夹起，放到滤纸上。6用酒精棉球将样品台上的硅脂擦拭干净，待