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等离子体对表面的损伤

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:如前面所述,在等离子体刻蚀中常伴随着离子轰击和辐射,这些现象将对器件造成伤害。当电场进一步增大后,会导致氧化层击穿,造成损伤。当光刻胶去除时,整个导体暴露在O2等离子体中,电荷由导体表面收集,因此导体面积愈大,所收集到的电荷愈多,称为面积效应。图6-14壕沟技术边长效应的等离子体导致损坏机制能够避免等离子体导致损坏的壕沟技术

等离子体对表面的损伤

如前面所述,在等离子体刻蚀中常伴随着离子轰击和辐射,这些现象将对器件造成伤害。在RIE系统中,常见的损伤有:①刻蚀产物的二次淀积;②等离子体中的离子进入轰击材料中成为杂质;③离子轰击破坏材料的结构,导致材料晶格变形;④天线效应。等离子体电荷积累损伤,等离子体由于局部电荷的不均匀,造成电荷积累在面积很大或边长很长的导体(如多晶硅或Al)上,这些电荷将在很薄的栅极氧化层产生电场。当电场进一步增大后,会导致氧化层击穿,造成损伤。

导体与栅极氧化层之间的面积/边长比称为天线比,一般而言,天线比越大,所造成的损伤越严重。这是因为天线比越大,导体所收集到的电荷越多,相对的施加在栅极氧化层上的电场也越大。另外,过度刻蚀时间越长,损害也越严重,这是因为电流贯穿栅极氧化层的时间较长,产生更多的缺陷。天线效应根据工艺上的不同可分为两种,一是面积效应,如光刻胶灰化。当光刻胶去除时,整个导体暴露在O2等离子体中,电荷由导体表面收集,因此导体面积愈大,所收集到的电荷愈多,称为面积效应。另一种是边长效应。例如多晶硅与Al的刻蚀,此时导体表面被光刻胶覆盖而不受电荷累积的影响,然而当刻蚀接近终点时,部分的导体因为太薄导致电阻变高,过量的电荷将经过栅极氧化层传入Si基材中,如图6-14(a)所示。另外,电荷也可能经由导体的侧壁累积在栅极氧化层上。这些损坏随着导体边长变长而变得越来越严重,因而称为边长效应。多晶硅刻蚀时所造成的损伤可利用壕沟技术(trenching)来解决,如图6-14(b)所示。这种方法通过改变刻蚀多晶硅的条件,使壕沟现象发生在多晶硅与场氧化层之间,切断电荷流向栅极的路径,过量的电荷便无法贯穿栅极氧化层,从而达到保护栅极氧化层的目的。

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图6-14 壕沟技术

(a)边长效应的等离子体导致损坏机制(b)能够避免等离子体导致损坏的壕沟技术

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