感应耦合等离子体刻蚀机二维放电模拟.pdf

第!"卷!第#期半!导!体!学!报6789!"!)79#
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感应耦合等离子体刻蚀机二维放电模拟"

程!嘉!朱!煜P!汪劲松

"清华大学精密仪器与机械学系制造工程研究所!北京!K$$$"O#

摘要!为研究感应耦合等离子体"(&=#刻蚀机腔室与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布均匀性的影响!基于
商业软件&24Y0&*g中等离子体与电磁场等模块建立了(&=刻蚀机二维放电模型9仿真研究了典型工艺条件
"K^LL=H!!$$W!!$$B@@R#下氩等离子体电子温度与电子数密度的空间分布!对比了不同气压与功率条件下等离子
体参数在硅片表面的一维分布9结果表明!电子数密度随气压与功率的增加而升高&电子温度随气压的增加而降
低!随功率增加在较小范围内先降低再升高9通过分析屏蔽板对等离子体参数的影响!发现其有助于提高等离子体
密度9进而发现屏蔽板的孔隙率越大!电子温度越高!电子数密度则越低9

关键词!干法腐蚀工艺&感应耦合等离子体&电子数密度&电子温度
76??$N!#N
中图分类号!5)O$N^M"!!!文献标识码!0!!!文章编号!$!NLYOK%%"!$$%#$#Y$M"MY$#

对(&=刻蚀机进行等离子体放电模拟具有实际的
B!引言工程意义和重要的学术价值9
本文以(&=刻蚀机反应腔室二维轴对称模型
电子信息产业的蓬勃发展离不开(&装备设计为例!使用商业软件&24Y0&*g对典型工艺条件
与制造技术的不断进步9在(&制造流程中!有超过"K^LL=H!!$$W!!$$B@@R#下氩等离子体参数在反
三分之一的设备使用了等离子体技术!譬如刻蚀机.应腔室中的空间分布进行了仿真研究!进而对比分
&64及=64等9其中应用最为广泛的是感应耦合析了不同气压"K^LL#%^MM=H#及不同功率"K$$#
等离子体"I;D:@AIU<8F@7:C8<DC8HBRH!(&=#源!即N$$W#条件下!氩等离子体参数在硅片表面的分布
用电感线圈将频率为KL^N#3'\的射频">HDI7J><Y情况9最后研究了等离子体屏蔽板对反应腔室内等
V:<;@F!/2#功率输入到真空腔室中!激发工艺气体离子体参数的影响9
而产生高密度"K$KK#K$K!@R[L#的低温等离子体9
反应腔室的下方也置有射频源!可以在待加工硅片C!等离子体放电模型
表面形成射频鞘层"BG<HAG#!等离子体即通过鞘层
与硅片发生物理化学反应!实现刻蚀.成膜等工艺过研究等离子体放电模型的方法主要有流体动力
程9学方法和动理学方法两大类9通常认为后者在低气
以(&=刻蚀机为例!随着硅片尺寸从!$$!L$$!压下比前者更为精确!同时计算量也更大'K(9但是!
到ON$RR的不断增大!保证刻蚀工艺均匀性的难在文献'!(中通过比较发现!流体动力学模型在非常
度越来越高9这要求刻蚀机能够产生均匀分布的高低的气压条件下依然保持了令人吃惊的准确性!尽
密度等离子体9其腔室结构在很大程度上决定了工管此时流体方程的适用性受到普遍质疑9为保留动
艺气体的分布!其与电感线圈的结构共同决定了等理学方法的精确性!同时减少计算量!f:BG;<>等
离子体的分布!这是影响刻蚀均匀性最根本的原因9人'L#N(开发了混合模型"即流体动力学与动理学相
目前!国内(&装备的设计与开发通常采用基于经结合#9
验的调试方法!具有开发周期长.试制成本高的缺&24Y0&*g基于混合模型!是一种能够计算流
点9而国外主要的刻蚀机生产商"0305!103!体.热传递.化学反应.电磁场以及等离子体等多物
5*1等#早已将仿真分析研究应用于产品的设计.理过程耦合的商业软件9该软件代码早已被应用于
改进和销售的各个环节!同时(&=放电模拟问题也半导体工业领域!并取得了较好的仿真分析效
一直是低温等离子体领域的研究前沿与热点9因此!果'#!%(9

"国家重点基础研究发展计划资助项目"批准号$!$$O&`LK"$$%#
P通信作者9*RHI8$\G:F:!ABI;QG:H9<D:9@;
!!$$#YK!Y$K收到!!$$%Y$KY$O定稿"!$$%中国电子学会
''"半!导!体!学!报第!"卷

表K!氩等离子体的气相反应
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