C4F8-Ar等離子體蝕刻蝕SiO2的多尺度研究.pdf

1、隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，碳氟等離子體刻蝕SiO2以其特有的高刻蝕速率、高選擇性和高各向異性在現(xiàn)代集成電路制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。C4F8/Ar混合氣體在保證刻蝕速率的同時能夠?qū)崿F(xiàn)更高的刻蝕選擇性，因此在等離子體刻蝕工藝中備受關(guān)注。
　　本文建立了由反應(yīng)器模型、鞘層模型及刻蝕槽模型耦合的多尺度模型，研究了不同參量，如:放電氣壓、功率、偏壓幅值、偏壓功率、占空比等，對鞘層特性及刻蝕槽形貌演化的影響規(guī)律。為了得到更加精確

2、的腔室離子及中性粒子密度空間分布，本文采用商業(yè)軟件CFD-ACE+，用于模擬電感耦合等離子體(ICP)，得到不同氣壓、功率、進氣流比例下的腔室離子及中性粒子密度分布。鞘層模型包括射頻等離子體鞘層仿真模型，脈沖調(diào)制射頻等離子體鞘層解析模型和仿真模型。鞘層解析模型的雙電源分別為低頻脈沖源和高頻射頻源，加在同一個極板上。研究了鞘層厚度和極板電位隨時間、高低頻電流以及低頻脈沖頻率的變化規(guī)律以及低頻階梯形脈沖源對鞘層厚度和極板電位的調(diào)制規(guī)律。鞘層

3、的仿真模型是由流體模型和蒙特卡洛模型耦合的混合模型，主要研究鞘層的特性，并計算統(tǒng)計出到達極板的離子能量分布和角分布。將由CFD-ACE+腔室模型得到的離子密度作為鞘層邊界條件，結(jié)合鞘層混合模型分別給出不同參數(shù)下的鞘層特性。最后，將刻蝕槽模型結(jié)合腔室離子及中性粒子流密度和極板附近的離子能量分布和角分布，模擬不同參數(shù)下的刻蝕剖面演化。
　　結(jié)果顯示，在C4F8/Ar等離子體刻蝕工藝中，CFx+，C2Fx+，C+，Ar+，F(xiàn)+是主要的反

4、應(yīng)離子。同時，所有的反應(yīng)離子密度在腔室中心處最大，越靠近腔室邊緣離子密度越小，且各離子密度隨放電氣壓及功率的增加而增大。鞘層解析模型研究發(fā)現(xiàn)，鞘層厚度和極板電位受到脈沖電流和射頻電流的共同調(diào)制，且低頻脈沖電流調(diào)制占主導(dǎo)地位。鞘層仿真模型研究表明，鞘層特性受到放電氣壓、功率、射頻和脈沖偏壓幅值以及占空比的共同作用。極板的離子能量分布和角分布受到各參數(shù)的明顯影響，且射頻偏壓幅值及脈沖幅值增大，導(dǎo)致高能離子增多，離子角度分布更為集中。當(dāng)占空比