等離子體刻蝕加工中的器件損傷

1、| 維普資訊 h ttp:/等離子體刻蝕加工中的器件損傷中國科學技術大竽區(qū)碣物理中心合靶市 230026工藝與設節(jié)矽”“13劉之景【摘要】介席了君件損飭楓念，張調了研克其的重要牲，分祈了它產圭的原囲嘆及威小甄遅免的 沁.關鍵詞；器件攝傷籌鶴子體刻恤各向異性Devices Damage from Plasma Etching ProcessingLiu ZhijingCenter far FundameTital Physics > University of Science and Technology of Chiaa, Hefei 330026Abstract ：ln this pa

2、per lhe concept of device damage is introduced i importance to invetigate rhe device damage is emphasized» Why it is induced? How it is reduced or avoided*Key Words；Device DamageT Plasma Etching, Anisotropy收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/1引言尊離子體刻蝕是在等離

3、子體存在條件下，通過平 面曝光、醮射、化學反應、輔助能量離子（或電子與愎 式轉換方式，精確可控地除去襯底表面上一定深度的 薄膜物質，而留下不受影響的溝帝邊壁上的物質的一 種加工過程該過程通常是各向異性的.而且按宜賤方 向進行的等離子體刻蝕工藝廣泛用于大規(guī)模集成電 路制造，電子器件和薄膜材料加工勵崩己就空、汽 車、鋼塊、化學、電子、工具和廢物處理等工業(yè)部門*它 有很參優(yōu)點，例如，各向異性刻蝕、刻慷按照直線進行' 刻蝕速率高*均勻性和選擇性好,避免槪廢料環(huán)境和自 動控制尊。但它也有一些不足之處，例如電子器件加 工受到0Igm線寬限制刻蝕加工中危成器件損臨, 粒徑約gm大小的塵埃污染和硅片受

4、熱變凸籌冋題. 這里僅就器件損怖談談它是如何產生的了怎樣減小或 避免？2器件損傷是前沿問題之一在等關子體抽工中，由于能量粒子（如離子*電子） 和光子（如紫外和K光子）轟擊*在器件中引起缺陷* 如士非定域晶格、懸空擁等改變了器件的機械特性和 電性能*從而降低或損壞器件的作用，這種效應稱為器 件損傷"器件損怖是大規(guī)摸麋成電路制造中的前沿問 題之一口3器件損傷的超因和減小辦法左等離子休枕工中會遺成多種形式的器件捏怖, 例如原子位移損悌、污染損怖,輻射損悌和載荷損怖 等.在射頗等離子體刻性器中器件損傷一般隨入射粒 子能量塔加而增加*從而也隨射頻峰值電壓和射頻功 率而增加，大參數(shù)離子以幾十電子

5、伏也以上能量聶 擊表面，少數(shù)離子能蜃超過1映V，這依賴于等離子體 鞘層電勢。等福子體電子平均能董在兀牛中到似V 或lOeV在反應離子刻蝕器限IE）中”離子能量不能獨立地控制，它的能量高達3OC-7QOeV,離于典 型的流率1曠離子r.離子轟擊造成的器件撫傷 在文獻中被評述-由于能量離子和中性粒子轟擊可引 起原子位移損怖這種掘怖可達到1詁E的探度-電子 回旋共振ECR）的實驗證實減小等離子體電勢和控 制離子的能量和通董可以減小原子位移損傷*輻射損傷主要由紫外光子和X光子引起的。紫外 線和X射線光子的初級電離可產生電子空穴對從而 引起缺陷中心。來自紫外光子的器件損棧在鶴g經(jīng) 熱退火可以被除去*高能

6、離子轟擊損傷一般GS0V 熱退火而除去M射線損傷要求在9同匸熱退火廿T 過用射線是稀少的*因為大名飪等離子體加工中，鞘收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/收掏目期門舲E帖-1】 滋枚稿日朗“殳弼一匹0R| 維普資訊 h ttp:/141999 年| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h ttp:/層電壓和僞壓比X射線所帚要的電壓低得參，另外* 為了消除X射線產生可將反應器中某些金屬部分改 為絕塚材料.如果器件損傷經(jīng)熱退火不能除去,那么這種損怖 主要來自污染和靜電破壞污集指im工期間，等離子體 本身形成的址合物可通過"黑移”或射”，便反應器

7、林料冊成聚合物.這時注意控制等離子休優(yōu)學反應的 產物.在磁化誘導耦合等離子依中，硅表面用GF&氣 體放電會引起輻射損怖和污染損傷。這兩種損怖可作 為外加磁場的函數(shù)被研究X重金屬的污染、系統(tǒng)內離 干引起的緞射對高密度源Q07護cm")仍是重要 的間題文獻中實驗觀察到這種現(xiàn)象，指岀使用低濺射 產物的電介質襯里(如石英、氯化鋁等)可減少污染損 傷門等離子悴加工循殲期間，汎積電荷町引起薄的絕 緣膜靜電破壞.絕塚瞋大釣15-25nm厚，在一個短的 周期內一個高質最的SiOs絕壕膜經(jīng)受最大場強值大 約柱12-15MV/cnia超過此值這薄膜統(tǒng)破杯而且無 法修理。等離子體引起靜電破壞機制誥

8、見文獻"當刻 悝塊要結束時和等離子體截止時來自衰減的等離子 體正離子將以小量電荷沉積在阻掛層和氣化慝上*氧 化物(如SiOj±表面正電荷和它的下表面的負電荷 所形成的電場'如果超過它的擊穿電場那么這層薄的 氧化物電介質將發(fā)生機械性損壞-絕緣物休的載荷損 傷可參閱文獻。等離子低犠止期闔出現(xiàn)的器件損傷與 等離子棒密度梯度、電勢梯度有關而且隨薄層上的證 場增加而增大為了減小刻蝕和沉積過程中的器件損可以將 硅片敢在只產生所需要的原子種類的順流等離子休反 應器中在輸運中帶電粒子種類通過復合被除去另一 類等離子體輸運反應器的等離子休源通?？刂圃诨詹?頻率沁 MHs有時使用一種外

9、磁場增加對電子的約 夷在1、廠丁紋低樂y.離子以可悝制的低能總去撞 擊襯底表面*便其損傷最小"在等離子協(xié)中產生的反應 種類應當具有也刻蝕的反應能量大一個電子伏，但比 原子位移所要求的能量對0 一 V半導休為3f 10R 小一些°Gillis等人發(fā)展了低能電子加強刻蝕技術(Low Energy Electron Enhanced Etching)，簡稱 LE4,在 LE4中樣品放在直流輝光放電的陽極上，電子能量 和到達樣品的負離子能量都限制在不比反應丸怵電離 能大的某一宀值.住這個限制之匕的能量百效訊耘散 在氣相中的養(yǎng)彈性碰撞"電子髄量l-15eV,反應種類 以熱速

10、度到樣品表面°這些電子將可恕略的動量配給 刻蝕樣品的表面,從而避免了離子轟擊引起的器件損 傷.而“加強”了各向異性模式轉換的刻蝕化學oSLE4 實驗中在氫和氯直瘋輝光放電等離子捧中，GbAs UOO)被刻蝕畑】，產生了極好的各向異性(:大于典人相 對于SiOi掩慎的選擇性在室溫下大于卻0,刻桂率為 SSnm/mm,且隨溫度增加而急劇增加.在純瓠等離子 協(xié)中刻蝕率崔150V達到4*養(yǎng)考文獻1 Ax 5. Tapsir ut aL J. Vac. Sci Technial. A 8i 3j i293&h2 Tghru H* Jun Hiyghi* 坯珂欣 Hniana(LBH J

11、* Appl- PhysH 19Wifi?(6h£8M,3 Hyeon Soon Kim t Wook Jun Nam, Geun j young Ytom. J. Vtc. Sd. Teehnolrl&9fi(AH(3); 10&2.4 N. SadeghjT «i st. J. Appl. Fh/a. 1991 ；70,25B2.5 $. Ml GorbalkLci, L> A, B*.rry, Jt B. Raberlo. Ji Vac. &. Ttch- xwL A3<3>r93k疳 S- M. Rosjciagel er

12、«L. J* Sri* TechncLlSS&i Afi<4 '|3113. ? C.T. G«hrML LP. 3% Solid St*wTwhaoL 1092)SI.35. B- Fetch* s. SalimArtt D* T. HtxM. J" Vac* St- TtqhnoL1982iB10J320.5 Fin and J, PL Mcvittji. IEEE Electron Devines Lrtt, lSJZ, ED 13288.347.10 K. Ncpri «nd K, T, Tshnokuni h J. V$c. Sci TtchnoL J993i BlH M.P. Gillis, eta). Appl. Phys. Ut",陽外粘"G ：2255-| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h t