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3.ICP刻蚀参数对刻蚀结果的影响
影响ICP刻蚀结果的因素有很多,其中直接工艺因素有刻蚀气体、气体流量、工作气压、射频功率、偏压、电极位置和温度等。而刻蚀腔室的内壁情况对于刻蚀的结果和重复性有很重要的影响。在ICP刻蚀中,影响结果以及过程的因素和条件复杂多变,并且相互制约牵连,因此,在不同的刻蚀系统和刻蚀条件下将会有相同的作用机理。在ICP刻蚀技术中,通过电感耦合的方式产生高密度等离子体,为获得高刻蚀速率奠定了基础。根据掩模材料与被刻蚀材料刻蚀机理的不同,选用合适的刻蚀混合气体,并合理调节物理轰击作用的强弱,从而可以获得高选择性。合理利用离子的定向轰击对于化学反应的增强作用和侧壁钝化层抑制等离子体刻蚀的各向同性,可以得到高各向异性。合理调节轰击离子的能量,保持较高的刻蚀速率以减少被刻蚀材料暴露在等离子体中的时间,可以使得刻蚀对材料造成的损伤减到最小。均匀分布的、稳定的高密度等离子体,保证了大面积刻蚀下的均匀性。为了满足不同器件的制作对于刻蚀的不同要求,可以合理调节刻蚀参数,根据具体需要在各向异性、选择性、表面损伤和刻蚀速率等方面做到综合权衡,得到最佳的刻蚀效果。
ICP刻蚀技术作为一种商业化的光伏技术,要求刻蚀效率和刻蚀稳定性高,刻蚀效果的重复性好。要达到这些要求,刻蚀腔室内壁的情况就显得十分重要。在刻蚀的过程中,腔室的侧壁上难免会形成聚合物或反应生成物的薄层。侧壁上的沉积物会对活性离子和电子在侧壁上的碰撞、吸附和复合产生影响,并且侧壁沉积物一般会形成绝缘薄膜,从而影响电磁场、影响等离子体性质。当这些沉积物达到一定厚度时,甚至可能形成颗粒污染,损坏刻蚀表面。在刻蚀过程中,腔室侧壁上沉积物的离化再聚合会给刻蚀断面轮廓的控制带来不利影响。清除腔室侧壁上的沉积物对于刻蚀稳定性和重复性的影响十分重要。利用物理方法来清理腔室,效率低,并对腔壁有损伤,利用合适的气体来进行等离子体清洁腔室是比较好的方法。刻蚀硅或者二氧化硅时,腔室内的沉积物主要可以分成两大类:一类是以碳氟聚合物气体引入的碳氟聚合物为主的沉积物,这种情况下用O2作为去除沉积物的气体可以取得很好的效果;另一类是以氯基、溴基以及其他刻蚀气体与被刻蚀材料的反应生成物为主的沉积物。用SF6或SF6/O2作为去除沉积物的刻蚀气体可以取得较好的效果,但是需要注意的是必须对沉积物进行彻底的清除,如有残留,那么结合在沉积物中的F会在以后的刻蚀过程中释放出来,对于刻蚀的结果会产生不利的影响。在对腔室侧壁进行清洁后,采用一些方法让侧壁达到比较稳定的状态,可以明显提高刻蚀效果的重复性。在一些情况下侧壁留下残留物的去除则比较困难,可能需要等离子体化学去除结合物理去除才可以达到满意的效果。
ICP高密度等离子体刻蚀机的整机性能如下:
(1)激励电源:13.56MHz1500W;带匹配器和功率计;1台;
(2)偏压电源:500W;带匹配器和功率计;带定时器;1台;
(3)真空系统:620升/秒分子泵、8升/秒机械泵各1台;带真空计;
(4)反应室尺寸:Ф300mm;
(5)气路系统:6路进气(其中2路可作清洗);4个质量流量计,4路显示;
(6)可加工片子尺寸:Ф150mm以内;
(7)均匀性:±5%(4英寸硅片内)。
参考工艺结果如下:
(1)刻蚀出线宽为0.13μm陡直的SiO2窗口图形;
(2)刻蚀出线宽为0.15μm陡直的Si窗口图形;
(3)Si的快速(非陡直)刻蚀可达3μm/min以上;
(4)刻蚀出厚度为12μm陡直的SiO2图形。
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