二極管和 ICP 二極管蝕刻進程比較

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目錄

簡介
設備
RIE 系統
ICP 好處
SiO2 銘刻費率和選擇性
結論
關於牛津儀器等離子技術

簡介

多種方面與電介質蝕刻有關在本文討論。 銘刻電介質的二個主導的技術是二極管 RIE 和高密度基於進程。 這些技術的最新的結果和電介質影片 nanoscale 蝕刻的成長的重要性涉及在本文。

設備

近年來,電介質銘刻進程在房間的範圍越來越被執行了,根據客戶的銘刻需求和費用約束。 一旦銘刻費率不是一個主要驅動器,與合理的行寬的電介質蝕刻 (典型地 >1µm),使用常規二極管型的房間。 在費率是一個驅動器,與更小的行寬處 (典型地 <1µm),使用高密度等離子系統。 傳統二極管或並行牌照等離子房間是常用的在這個行業。

有包括以下並行牌照系統的二種類型:

  • 易反應的離子銘刻 (RIE)系統
  • 等離子銘刻 (PE)系統

RIE 系統

為了使側壁損失減到最小和限制等離子,磁性改進被添加到這些基制。 RIE 類型系統為電介質影片蝕刻通常採用。 一旦 RIE 系統,等離子典型地被生成在無線電頻率有 RF 功率在一些數百瓦特範圍內,通過對 kW。

對於選擇的這個驅動的頻率,擇優地加速在這個房間的電子,而平均靜電場驅動離子。 這個被處理的薄酥餅位於關閉的電極為了提高離子加速度。 電子平均自由程制約工作壓力。 萬一,壓在電子平均自由程處理空白在電極之間,是主要幾厘米的級別附近降低,等離子不再自立。 典型的 RIE 排列在表 1. 顯示。

圖 1. RIE 概要

高的密度 - 等離子 (HDP) 房間被設計,在這種情況下等離子電子在方向被激發並行與房間限定範圍。 最公用的 HDP 來源是 OIPT 使用的 (ICP)引人地耦合的等離子房間。 在此系統,等離子被由在電介質牆壁之外受傷的捲的一個磁性潛在的設置驅動如圖 2. 所顯示。 電子當前方向是相對於那捲當前,與房間表面故意地是並行。 等離子的勵磁如此保證這個電子平均自由程比房間維數極大,并且工作壓力隨後降低。 在多數材料加工等離子電子熱化是主要抗拒的,并且等離子的阻抗關於密度是按比例中性可用為無彈性的衝突。 當阻抗 (壓) 降低,因此是這個來源的能力驅動等離子。

圖 2. OIPT 300mm 兼容來源

高密度來源允許薄酥餅臺板獨立這個來源關閉,提供重大分離在離子能源或薄酥餅偏心和主要來源功率驅動的離子漲潮或者等離子密度之間。 在等離子蝕刻環境裡各向異性現象由離子的加速度提供通過等離子殼層,在方向正常為薄酥餅表面。 這個非均質性的要素,當接踵而來的離子漲潮是一樣正常的儘可能對表面時,增加。 接踵而來的離子漲潮的各向同性的要素是熱量的二者之一,少於 0.1 eV 典型地是。 在一個低壓/更加高密度的政權的運算提供稀釋劑和較不碰撞引起的鞘,啟用它可能得到一個更加非均質性的蝕刻要素。

ICP 好處

ICP 的主要處理好處電介質蝕刻的如下是列出的:

  • 更好的 CD 的控制
  • 更高的長寬比
  • 更高的蝕刻費率
  • 改善處理視窗

電介質仿造,特別是二氧化硅,對於現代半導體設備、光學波導、 RF ID's, nanoimprint 是必需的等製造。 由於更高的鍵能電介質蝕刻要求積極,改進的離子,基於氟素的等離子化工系統。 由側壁鈍化獲得垂直的配置文件,典型地例如是可能的通過引入一個碳包含的氟素種類到等離子,锎4, CHF3,锎48)。 高離子砲擊能源是需要的從這種氧化物去除此聚合物層,以及混合易反應的種類到這種氧化物出現形成 SiFx 產品。

電介質蝕刻應用主要依靠聚合物證言和易反應的離子蝕刻的競爭的影響達到垂直的配置文件,以及銘刻終止在強調的層。 當難屏蔽開放功能範圍收縮對 0.18 µm 或,為 nanoimprint 應用,長寬比增加到 4:1 或更多。 離子和根本漲潮對這些功能底層減到最小的歸結於衝突與功能側壁和其他種類當前在這個功能。 例如銘刻產品, SiFOxyz ,并且锎xy 不可能容易地散開這些功能,造成額外的聚化 在高度逐漸變細的功能和粗劣的屏蔽調用的結果功能的底層附近。

傳統 RIE 類型進程在與43 O,他, Ar2 或者排列通常結合的 CF/CHF 附近根據。 因為離子能源不可能是獨立控制增加 RF 功率最終導致額外的光致抗蝕劑故障。 這限制可以達到,可以減少到某個程度通過使用更好冷卻被使用夾緊和提供他給這個薄酥餅的後側方的銘刻費率。

對於在 SEM1 進行的這個進程加倍從 35 毫微米的銘刻費率到 70 毫微米是可能的。 另一個方式增加這個處理量將增加批量。 這為更小的薄酥餅範圍, 100 mm 是可行的,但是 150 mm 以上,系統大小變得額外,與在批均一等二極管房間間的被添加的問題,運行以 20 世紀 10 年代等級的壓 mT,為了持續等離子 (及早參見),這減少可以被銘刻的各向異性現象和長寬比。

SEM 1 RIE 波導銘刻

OIPT 開發高密度系統論及許多問題與銘刻費率、各向異性現象和長寬比依賴性有關。 在一個高密度系統工作壓力可以是更低 (10 mTorr 或較少) 和高相應地這個易反應的種類的擴散性能和流動性。 另外離子漲潮由來源功率獨立地是可調的,因此可以增加總離子漲潮無一樣在離子能源的一個增量,可能地減少抵抗故障。

由於他們的更低的工作壓力 (即增加的種類擴散性能) 房間牆壁適應作用在 ICP 房間的更加重要的作用。 例如,到控制房間牆壁溫度是受控的聚合物積累,抽速增加,加上定期等離子清潔步驟在處理薄酥餅前使用。 OIPT 的 ICP 基於二氧化硅蝕刻系統在與 O 和48 惰性氣體結合的2 锎基礎上他。 因為锎是48 一個緊張的環形分子,離解產品認為包括 CFx (x ≤2) 聚合物前體高水平。

一個簡單的 L9 Taguchi 矩陣運行在 OIPT 確定過程參數的影響例如流, ICP 功率等,對這個進程。 趨勢在 Graph1 顯示

使用此信息相似的結構對在 SEM 看見的那些 1 被銘刻了,在超過三倍銘刻費率和與更加平直的側壁看到 SEM 2 和 SEM 3。

SEM 2

SEM 3

SiO2 銘刻費率和選擇性

通過使用一個 HDP 來源例如 ICP,運行以低壓,保證蝕刻不是可能的在一個傳統二極管系統的 nanoscale 功能。 這需要離子漲潮的準確控制對表面控制聚化 - 太低和這個可能性是銘刻配置文件將逐漸變細或它完全地將終止。 嚴密地與納諾中心一起使用例如那些在康奈爾和 LBNL, OIPT 在 SEMS 4, 5 和 6 開發了進程的範圍有能力在與等級 100nm,這些的示例的行寬的蝕刻結構上顯示

SEM 4

SEM 5

SEM 6

某些半導體設備製造商被改進的選擇性增加氫向這個基於锎的48系統報告。 此氫包括生成锎聚合物的更加了不起的級別xy 比較運行與無的系統。 OIPT 發現曾經這樣進程導致在反應器的額外的聚合物組合,即使使用複雜的房間熱化。 這導致更加常見的等離子清潔以及可能性的更加機械清洗 - 越來越少的有生產力的處理時間以及所有權的增長的費用。 OIPT 發現了通過達到進程和硬件正確的平衡,排除使用 H2,超出 1000 薄酥餅 µm 可以在等離子乾淨變得之前被銘刻必要。

顯示控制可以為電介質蝕刻達到,在 OIPT ICP 系統的一個進程是微型透鏡蝕刻到基於 SiO 的2材料,例如石英或玻璃。 加上氣體化學,要求離子漲潮的控制達到在基體材料的期望微型透鏡形狀,作為與時間的碳負載變動。 SEM7 顯示一個完全被銘刻的微型透鏡的示例。

SEM 7

SEM 8

新發展向顯示,等級超過 100µm,需要往更深的電介質銘刻的一個趨勢。 正常光致抗蝕劑屏蔽不可能用於銘刻到此深度,因此,例如金屬屏蔽可能提供選擇性的超過 100 的哥斯達黎加和 Ni,使用:1. 這產生可以使用的處理化學的更多緯度,但是離子漲潮的控制是至高無上的。 太,在期望深度被到達前,高和屏蔽被腐蝕的歸結於飛濺。 SEM 的 8 和 9 顯示使用哥斯達黎加屏蔽的深石英銘刻。 對於 SEM9 有留下殘滓的一個屏蔽的問題,但是它顯示這個功能對銘刻對大量的深度。

SEM 9

結論

二極管和 ICP 進程,電介質蝕刻的,討論多年來演變兩個根據硬件和進程。 這個 ICP 基於進程提供更高的銘刻費率,與更好的 CD,并且各向異性現象控制,以及達到這些目標的更高的長寬比等,要求使用更大的 turbomolecular 泵,來在高費用,但是更高的速率的好處更比補嘗此。 並且,通過使用這些更大的泵和獨立離子漲潮控制,有蝕刻 nanoscale 功能的可能性。 二極管系統提供銘刻的一個有效解決方法電介質與更大的行寬,但是以一種更加緩慢的費率,并且不可能為銘刻 nanoscale 功能使用。

關於牛津儀器等離子技術

牛津儀器等離子技術提供高性能、靈活的工具給處理客戶的半導體介入研究與開發和生產的範圍。 他們專門化三個主要地區:

  • 銘刻
    • RIE, ICP, DRIE, RIE/PE,離子束
  • 證言
    • PECVD, ICP CVD, Nanofab, ALD, PVD, IBD
  • 增長
    • HVPE, Nanofab

此信息是來源,覆核和適應從牛津儀器等離子技術提供的材料。

關於此來源的更多信息,请請參觀牛津儀器等離子技術。

Date Added: Nov 1, 2011 | Updated: Sep 24, 2013

Last Update: 24. September 2013 05:39

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