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半导体设备硅刻蚀机概述

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半导体设备硅刻蚀机概述

发布日期:2018-01-03 作者:www.cycas.com 点击:

在众多半导体工艺中,刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀采用化学腐蚀进行,是传统的刻蚀工艺。它具有各向同性的缺点,即在刻蚀过程中不但有所需要的纵向刻蚀,也有不需要的横向刻蚀,因而精度差,线宽一般在3um以上。干法刻蚀是因大规模集成电路生产的需要而开发的精细加工技术,它具有各向异性特点,在最大限度上保证了纵向刻蚀,还可以控制横向刻蚀。本节介绍的硅等离子刻蚀机就是属于干法ICP(Inductively Coupled Plasma)刻蚀系统。它被广泛应用在微处理器(CPU)、存储(DRAM)和各种逻辑电路的制造中。

等离子刻蚀机

典型的硅刻蚀机系统结构如下图2-1所示。整个系统分为传输模块(Transfer Module)、工艺模块(Process Module)等。

图2-1 典型的硅刻蚀机系统结构  传输模块由Loadport、机械手(Robot)、硅片中心检测器等主要部件组成,其功能是完成硅片从硅片盒到PM的传输。Loadport用于装载硅片盒,机械手负责硅片的传入和传出。在传送过程中,中心检测器会自动检测硅片中心在机械手上的位置,进而补偿机械手伸展和旋转的步数以保证硅片被放置在PM静电卡盘的中心。  工艺模块(PM,如图2-2所示)是整个系统的核心,刻蚀工艺就在PM中完成。一个机台可以带2-4个工艺模块,工艺模块包括反应腔室、真空及压力控制系统、射频(RF)系统、静电卡盘和硅片温度控制系统、气体流量控制系统以及刻蚀终点检测系统等。其反应原理概述如下:  刻蚀气体(主要是F基和Cl基的气体)通过气体流量控制系统通入反应腔室,在高频电场(频率通常为13.56MHZ)作用下产生辉光放电,使气体分子或原子发生电离,形成“等离子体”(Plasma)。在等离子体中,包含由正离子(Ion+ )、负离子(Ion- )、游离基(Radical)和自由电子(e)。游离基在化学上很活波、它与被刻蚀的材料发生化学反应,生成能够由气流带走的挥发性化合物,从而实现化学刻蚀。另一方面,如图2-2所示,反应离子刻蚀腔室采用了阴极面积小,阳极面积大的不对称设计。在射频电源所产生的电场作用下带负电的自由电子因质量小,运动速度快,很快到达阴极;而正离子则由于质量大,速度慢不能在相同的时间内到达阴极,从而使阴极附近形成了带负电的鞘层电压。同时由于反应腔室的工作气压在10-3 ~10-2 Torr,这样正离子在阴极附近得到非常有效的加速,垂直轰击放置于阴极表面的硅片,这种离子轰击可大大加快表面的化学反应以及反应生产物的脱附,从而导致很高的刻蚀速率。正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现。


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