ICP（感應(yīng)耦合）等離子刻蝕機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)示意圖

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-10-18

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，濕法刻蝕由于其固有的局限性，已不能滿足超大規(guī)模集成電路微米、甚至納米級(jí)細(xì)線條的工藝加工要求，干法刻蝕逐漸發(fā)展起來(lái)。在干法刻蝕中，感應(yīng)耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma簡(jiǎn)稱ICP）刻蝕法由于其產(chǎn)生的離子密度高、蝕刻均勻性好、蝕刻側(cè)壁垂直度高以及光潔度好，逐漸被廣泛應(yīng)用到半導(dǎo)體工藝技術(shù)中。

1 ICP等離子刻蝕機(jī)的基本原理及結(jié)構(gòu)

1.1 基本原理

感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法（InductivelyCou-pledPlasmaEtch,簡(jiǎn)稱ICPE）是化學(xué)過(guò)程和物理過(guò)程共同作用的結(jié)果。它的基本原理是在真空低氣壓下，ICP射頻電源產(chǎn)生的射頻輸出到環(huán)形耦合線圈，以一定比例的混合刻蝕氣體經(jīng)耦合輝光放電，產(chǎn)生高密度的等離子體，在下電極的RF射頻作用下，這些等離子體對(duì)基片表面進(jìn)行轟擊，基片圖形區(qū)域的半導(dǎo)體材料的化學(xué)鍵被打斷，與刻蝕氣體生成揮發(fā)性物質(zhì)，以氣體形式脫離基片，從真空管路被抽走。

1.2 ICP等離子刻蝕機(jī)的結(jié)構(gòu)

ICP等離子刻蝕機(jī)其設(shè)備主要結(jié)構(gòu)包括預(yù)真空室、刻蝕腔、供氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四部分，如圖1所示。

圖一 ICP 等離子刻蝕機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.1預(yù)真空室

預(yù)真空室的作用是確?？涛g腔內(nèi)維持在設(shè)定的真空度，不受外界環(huán)境（如：粉塵、水汽）的影響，將危險(xiǎn)性氣體與潔凈廠房隔離開來(lái)。它由蓋板、機(jī)械手、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、隔離門等組成。

1.2.2刻蝕腔體

刻蝕腔體是ICP等離子刻蝕設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)，它對(duì)刻蝕速率、刻蝕的垂直度以及粗糙度都有直接的影響?？涛g腔的主要組成有：上電極、ICP射頻單元、RF射頻單元、下電極系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖二 ICP等離子刻蝕機(jī)腔體

(1) 上電極。上電極下表面布滿均勻小孔，它的功能是將刻蝕氣體均勻輸送到ICP的腔體的圓截面，以便等離子體的制備。

(2) ICP射頻單元。ICP射頻單元主要由射頻發(fā)生器、匹配網(wǎng)絡(luò)、射頻電纜以及耦合線圈、隔離裝置組成。在ICP射頻單元作用下，刻蝕氣體經(jīng)輝光放電，耦合感生出大量的等離子體。

(3) RF射頻單元。RF射頻單元由RF射頻發(fā)生器、匹配網(wǎng)絡(luò)和射頻電纜組成。射頻電纜的另一端接到下電極底部。提供等離子體的偏轉(zhuǎn)電壓。

(4) 下電極系統(tǒng)。下電極系統(tǒng)主要包括下電極板、基座、石英壓盤、氦氣單元、下電極冷卻系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。其主要作用是將RF射頻發(fā)生器提供的能量加到基片上。

(5) 控溫系統(tǒng)。為了保證刻蝕的均勻性和重復(fù)性，刻蝕腔的溫度一定要精準(zhǔn)的控制。溫度的控制由高精度的溫控器來(lái)控制。

1.2.3供氣系統(tǒng)

供氣系統(tǒng)是向刻蝕腔體輸送各種刻蝕氣體，通過(guò)壓力控制器(PC)和質(zhì)量流量控制器(MFC)精準(zhǔn)的控制氣體的流速和流量。氣體供應(yīng)系統(tǒng)由氣源瓶、氣體輸送管道、控制系統(tǒng)、混合單元等組成。

(1) 氣源瓶。各種刻蝕氣體最初都單獨(dú)存放在氣源瓶?jī)?nèi)，純度達(dá)到99.9%以上,經(jīng)由控制系統(tǒng)輸送到混合單元，再送到刻蝕腔內(nèi)，產(chǎn)生等離子體。

(2) 氣體輸送管道。氣體輸送管道包括兩部分。一是刻蝕氣體的從氣源瓶往刻蝕腔的輸送，另外一部分是刻蝕產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體的排空線。

(3) 氣體控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)包括閥門、質(zhì)量流量控制器、壓力控制器等。

(4) 混合單元?；旌蠁卧獙⒏骺涛g氣體在該單元進(jìn)行混合，形成一定比例的均勻混合氣體，再進(jìn)入ICP射頻單元，感應(yīng)耦合形成等離子體。

1.2.4真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)有兩套，分別用于預(yù)真空室和刻蝕腔體。預(yù)真空室由機(jī)械泵單獨(dú)抽真空，只有在預(yù)真空室真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，才能打開隔離門，進(jìn)行傳送片?？涛g腔體的真空由機(jī)械泵和分子泵共同提供，刻蝕腔體反應(yīng)生成的氣體也由真空系統(tǒng)排空。

ICP刻蝕技術(shù)作為一種新興的高密度等離子體刻蝕技術(shù),在對(duì)硅、二氧化硅材料、等材料的刻蝕方面獲得了很好的效果,已被廣泛應(yīng)用到了各種器件的制作工藝中。

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