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等离子表面处理机超低温等离子体蚀刻技术应用

  • 分类:业界动态
  • 作者:等离子清洗机-CRF plasma等离子设备-等离子表面处理机厂家-诚峰智造
  • 来源:
  • 发布时间:2020-12-02
  • 访问量:

【概要描述】Baklanov研究组报道了在极低的温度下等离子表面处理机蚀刻低介电常数材料多孔有机硅酸盐(OSG porous organosilicate)。这种材料常被用作半导体后段大马士革工艺中的绝缘及填充材料。研究发现,当等离子表面处理机等离子体蚀刻温度低于-100℃时,这种材料在蚀刻过程中产生的Low-k Damage会急剧降低,其介电常数没有明显升高,从而使材料特性没有发生很明显的变化。同时,在研究中对比了不同偏压下蚀刻过程对介电材料的损伤。等离子表面处理机低偏压或零偏压超低温刻蚀可以明显减少低介电常数材料的PID,同时可以使材料的介电特性与蚀刻前相比没有发生很明显的变化。          佐治亚理工的Hess研究组在2015年报道了在等离子表面处理机低温下运用气体等离子体蚀刻的方安对金属铜、金和银材料进行蚀刻。传统的金属Cu蚀刻采用的Cl2气体等离子体在高温下与其发生反应生成CuCl2,并在后续工艺中清除。而Hess研究组报道了在低温下(10℃)采用H2气体等离子体蚀刻的方法,成功在等离子表面处理机ICP的蚀刻腔体中实现了Cu蚀刻。扫描电子显微照片所示,蚀刻过程采用SiO2作为硬掩膜材料形成图形,采用H2气体等离子体蚀刻的100nm厚Cu薄膜明显形成台阶状结构,并且曝露出Cu薄膜之下的Si衬底。与之对比的Ar气体等离子体蚀刻过程,Cu薄膜在蚀刻之后的损失并不明显。这说明了与Ar气体等离子体蚀刻依靠物理轰击Cu薄膜的原理不同,H2气体等离子体蚀刻主要依靠的是化学蚀刻,在反应过程中形成了铜的氢化物,破坏了Cu-Cu的金属键,从而降低了反应势能。而形成的铜的氢化物极易从材料及反应腔体表面去除。而使用H2气体等离子体或其他含H等离子体蚀刻Au和Ag的原理与之类似,都是形成了可以减低反应势能的金属氢化物。          超低温蚀刻工艺所需要的硬件设置与普通的等离子表面处理机感应耦合等离子体(ICP)蚀刻装置非常类似,只是需要加装液氦或者液氮冷却装置,使得硅晶圆衬底温度降低至-100℃,在使用SF和O2作为等离子体气体源的前提下,深硅沟槽或者高深宽比的硅结构也可以由电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)蚀刻来实现。当等离子表面处理机在低温ECR蚀刻过程中增加O2的相对流量,硅蚀刻速率会明显增加,并且F含量和O2含量的比值在蚀刻过程中起到了很重要的作用。而在今日生产过程当中,等离子表面处理机低温等离子体蚀刻工艺不能广泛应用的主要难点在于在实际生产过程当中非常难把晶圆衬底保持在很低的反应温度,整个蚀刻反应腔体将会非常复杂,并且在工艺中改变硅晶圆温度需要耗费相当长的时间,从而使得这种有效的高长宽比蚀刻工艺不能进入到工业应用当中。

等离子表面处理机超低温等离子体蚀刻技术应用

【概要描述】Baklanov研究组报道了在极低的温度下等离子表面处理机蚀刻低介电常数材料多孔有机硅酸盐(OSG porous organosilicate)。这种材料常被用作半导体后段大马士革工艺中的绝缘及填充材料。研究发现,当等离子表面处理机等离子体蚀刻温度低于-100℃时,这种材料在蚀刻过程中产生的Low-k Damage会急剧降低,其介电常数没有明显升高,从而使材料特性没有发生很明显的变化。同时,在研究中对比了不同偏压下蚀刻过程对介电材料的损伤。等离子表面处理机低偏压或零偏压超低温刻蚀可以明显减少低介电常数材料的PID,同时可以使材料的介电特性与蚀刻前相比没有发生很明显的变化。

 

       佐治亚理工的Hess研究组在2015年报道了在等离子表面处理机低温下运用气体等离子体蚀刻的方安对金属铜、金和银材料进行蚀刻。传统的金属Cu蚀刻采用的Cl2气体等离子体在高温下与其发生反应生成CuCl2,并在后续工艺中清除。而Hess研究组报道了在低温下(10℃)采用H2气体等离子体蚀刻的方法,成功在等离子表面处理机ICP的蚀刻腔体中实现了Cu蚀刻。扫描电子显微照片所示,蚀刻过程采用SiO2作为硬掩膜材料形成图形,采用H2气体等离子体蚀刻的100nm厚Cu薄膜明显形成台阶状结构,并且曝露出Cu薄膜之下的Si衬底。与之对比的Ar气体等离子体蚀刻过程,Cu薄膜在蚀刻之后的损失并不明显。这说明了与Ar气体等离子体蚀刻依靠物理轰击Cu薄膜的原理不同,H2气体等离子体蚀刻主要依靠的是化学蚀刻,在反应过程中形成了铜的氢化物,破坏了Cu-Cu的金属键,从而降低了反应势能。而形成的铜的氢化物极易从材料及反应腔体表面去除。而使用H2气体等离子体或其他含H等离子体蚀刻Au和Ag的原理与之类似,都是形成了可以减低反应势能的金属氢化物。

 

       超低温蚀刻工艺所需要的硬件设置与普通的等离子表面处理机感应耦合等离子体(ICP)蚀刻装置非常类似,只是需要加装液氦或者液氮冷却装置,使得硅晶圆衬底温度降低至-100℃,在使用SF和O2作为等离子体气体源的前提下,深硅沟槽或者高深宽比的硅结构也可以由电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)蚀刻来实现。当等离子表面处理机在低温ECR蚀刻过程中增加O2的相对流量,硅蚀刻速率会明显增加,并且F含量和O2含量的比值在蚀刻过程中起到了很重要的作用。而在今日生产过程当中,等离子表面处理机低温等离子体蚀刻工艺不能广泛应用的主要难点在于在实际生产过程当中非常难把晶圆衬底保持在很低的反应温度,整个蚀刻反应腔体将会非常复杂,并且在工艺中改变硅晶圆温度需要耗费相当长的时间,从而使得这种有效的高长宽比蚀刻工艺不能进入到工业应用当中。


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  • 发布时间:2020-12-02 09:02
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等离子表面处理机超低温等离子体蚀刻技术应用:

 

       Baklanov研究组报道了在极低的温度下等离子表面处理机蚀刻低介电常数材料多孔有机硅酸盐(OSG porous organosilicate)。这种材料常被用作半导体后段大马士革工艺中的绝缘及填充材料。研究发现,当等离子表面处理机等离子体蚀刻温度低于-100℃时,这种材料在蚀刻过程中产生的Low-k Damage会急剧降低,其介电常数没有明显升高,从而使材料特性没有发生很明显的变化。同时,在研究中对比了不同偏压下蚀刻过程对介电材料的损伤。等离子表面处理机低偏压或零偏压超低温刻蚀可以明显减少低介电常数材料的PID,同时可以使材料的介电特性与蚀刻前相比没有发生很明显的变化。

 

       佐治亚理工的Hess研究组在2015年报道了在等离子表面处理机低温下运用气体等离子体蚀刻的方安对金属铜、金和银材料进行蚀刻。传统的金属Cu蚀刻采用的Cl2气体等离子体在高温下与其发生反应生成CuCl2,并在后续工艺中清除。而Hess研究组报道了在低温下(10℃)采用H2气体等离子体蚀刻的方法,成功在等离子表面处理机ICP的蚀刻腔体中实现了Cu蚀刻。扫描电子显微照片所示,蚀刻过程采用SiO2作为硬掩膜材料形成图形,采用H2气体等离子体蚀刻的100nm厚Cu薄膜明显形成台阶状结构,并且曝露出Cu薄膜之下的Si衬底。与之对比的Ar气体等离子体蚀刻过程,Cu薄膜在蚀刻之后的损失并不明显。这说明了与Ar气体等离子体蚀刻依靠物理轰击Cu薄膜的原理不同,H2气体等离子体蚀刻主要依靠的是化学蚀刻,在反应过程中形成了铜的氢化物,破坏了Cu-Cu的金属键,从而降低了反应势能。而形成的铜的氢化物极易从材料及反应腔体表面去除。而使用H2气体等离子体或其他含H等离子体蚀刻Au和Ag的原理与之类似,都是形成了可以减低反应势能的金属氢化物。

 

       超低温蚀刻工艺所需要的硬件设置与普通的等离子表面处理机感应耦合等离子体(ICP)蚀刻装置非常类似,只是需要加装液氦或者液氮冷却装置,使得硅晶圆衬底温度降低至-100℃,在使用SF和O2作为等离子体气体源的前提下,深硅沟槽或者高深宽比的硅结构也可以由电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance,ECR)蚀刻来实现。当等离子表面处理机在低温ECR蚀刻过程中增加O2的相对流量,硅蚀刻速率会明显增加,并且F含量和O2含量的比值在蚀刻过程中起到了很重要的作用。而在今日生产过程当中,等离子表面处理机低温等离子体蚀刻工艺不能广泛应用的主要难点在于在实际生产过程当中非常难把晶圆衬底保持在很低的反应温度,整个蚀刻反应腔体将会非常复杂,并且在工艺中改变硅晶圆温度需要耗费相当长的时间,从而使得这种有效的高长宽比蚀刻工艺不能进入到工业应用当中。

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