摘要：采用正交試驗法對二手rie刻al設(shè)備a-360進(jìn)行工藝參數(shù)選擇試驗，并以均勻性、刻蝕速率、 對pr選擇比為評價指標(biāo)。試驗中發(fā)現(xiàn)rf功率是影響各評價指標(biāo)的最主要因素。通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝，制定出了均勻性小于3%，刻蝕速率高于300nm/min，對pr選擇比好于1.8的刻al實用工藝。
關(guān)鍵詞：反應(yīng)離子刻蝕；正交試驗；al刻蝕；刻蝕速率 中圖分類號： tn305.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a 文章編號：1003-353x(2004)11-0019-03 1 引言 由于al及其合金具有較高的導(dǎo)電率、較好的對下層襯底或介質(zhì)的粘附性、易于沉積和良好的延展性等性能而被廣泛地用作半導(dǎo)體器件及vlsi的互連 金屬。因此，al及其合金的刻蝕是半導(dǎo)體工藝中非常重要的一環(huán)。目前，多數(shù)工藝線采用反應(yīng)離子刻蝕(rie)技術(shù)對al或其合金進(jìn)行干法刻蝕，這是一種化學(xué)反應(yīng)和物理離子轟擊相結(jié)合的al刻蝕技術(shù)[1]。 在rie al刻蝕的工藝中，rf電源頻率為13.56mhz，主要選用氯基刻蝕劑，比如bcl3, cl2, ccl4, sicl4, hcl等。bcl3是al刻蝕劑，特別是第一步對自然氧化鋁的刻蝕，到目前為止bcl3仍然是最為理想的。但由于bcl3的分解度較低，刻蝕al的速率就比較低，通常都是與cl2或sicl4一 起混合使用。cl2也是al刻蝕劑，應(yīng)當(dāng)注意的是cl2對重?fù)诫s的硅以及多晶硅也有極強(qiáng)的刻蝕作用。ccl4是最早的rie刻蝕劑，與bcl3作用相近，但由于其反應(yīng)生成的聚合物中常常含有cl, 會對al產(chǎn)生后腐蝕，以及ccl4的分解產(chǎn)物c2cl2是致癌物，所以ccl4已不再用于rie刻蝕。sicl4 對光刻膠有很好的選擇性，對自然氧化鋁的刻蝕稍遜于bcl3和ccl4，對al的刻蝕速度較慢，需與bcl3或cl2混合使用[2]。 正交試驗法也被稱作田口試驗法(taguchi method)，是一種科學(xué)地安排與分析多因素多水平試驗的方法[3]。采用正交試驗法，雖然所做的試驗次數(shù)比較少，但同樣可以明確地得出因素的主次，因素與水平的關(guān)系，好的因素水平組合以及進(jìn)一步試驗的方向[4]。 本文主要針對近年來國內(nèi)引進(jìn)的二手rie刻al設(shè)備中有的因超期服役造成刻蝕系統(tǒng)的參數(shù)變化，原有的刻蝕程序有的已不能完全滿足工藝要求的情況，采用正交試驗的方法，對工藝參數(shù)進(jìn)行分析，制定出可行的優(yōu)化工藝。 2 試驗與結(jié)果 試驗設(shè)備為美國plasma therm公司1987年出產(chǎn)的in line waf , r etcher a-360鋁刻蝕機(jī)，該刻蝕機(jī)有三個腔室，分別為進(jìn)片腔、主腔、出片腔。該設(shè)備采用單片處理方式在主腔中進(jìn)行刻蝕。主腔中可引入四路氣體：cl2，bcl3，chcl3和n2。試驗樣品為光刻后的濺al單晶硅片，硅片直徑125mm，靶材為含硅1%的alsi合金，純度99.999%，al膜厚度為1mm，光刻膠為6112正性膠，涂膠厚度約為1mm，經(jīng)120℃，30min烘膠，uv固膠。 采用正交試驗法，首先選定4個主要影響刻蝕的因素，分別為：rf功率、cl2、bcl3和chcl3。每個因素又分為三個水平（見表1），選用l9(43)正交試驗表進(jìn)行9次試驗。試驗過程中還有一些工 藝參數(shù)被定為常數(shù)，如主腔室溫度為70℃，上下電極溫度為45℃，n2流量為25sccm，主刻蝕時間為90s（以便測量臺階高度）。a-360鋁刻蝕機(jī)只能設(shè)定rf功率值，等離子體的加速電壓是隨負(fù)載的變化而變化的，以保持rf輸出功率為設(shè)定值，反射功率為最小值，反射功率被控制在0-10w。主腔室壓力為26.7pa�？涛g前，用不著a-200型臺階儀測量膠的厚度，刻蝕結(jié)束時，再用a-200型臺階儀測量去膠前后的臺階高度，分別得到刻蝕前后的膠厚和刻al深度，依次計算出樣品的均勻性、刻蝕速率和對光刻膠選擇比。采用十字法5點測量，計算出5點的平均值，試驗結(jié)果見表2。
由表2的極差結(jié)果可以看出，影響均勻性、刻
李希有，周 衛(wèi)，張 偉，仲 濤，劉志弘 | （清華大學(xué)微電子學(xué)研究所，北京 100084） |
摘要：采用正交試驗法對二手rie刻al設(shè)備a-360進(jìn)行工藝參數(shù)選擇試驗，并以均勻性、刻蝕速率、 對pr選擇比為評價指標(biāo)。試驗中發(fā)現(xiàn)rf功率是影響各評價指標(biāo)的最主要因素。通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝，制定出了均勻性小于3%，刻蝕速率高于300nm/min，對pr選擇比好于1.8的刻al實用工藝。
關(guān)鍵詞：反應(yīng)離子刻蝕；正交試驗；al刻蝕；刻蝕速率 中圖分類號： tn305.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a 文章編號：1003-353x(2004)11-0019-03 1 引言 由于al及其合金具有較高的導(dǎo)電率、較好的對下層襯底或介質(zhì)的粘附性、易于沉積和良好的延展性等性能而被廣泛地用作半導(dǎo)體器件及vlsi的互連 金屬。因此，al及其合金的刻蝕是半導(dǎo)體工藝中非常重要的一環(huán)。目前，多數(shù)工藝線采用反應(yīng)離子刻蝕(rie)技術(shù)對al或其合金進(jìn)行干法刻蝕，這是一種化學(xué)反應(yīng)和物理離子轟擊相結(jié)合的al刻蝕技術(shù)[1]。 在rie al刻蝕的工藝中，rf電源頻率為13.56mhz，主要選用氯基刻蝕劑，比如bcl3, cl2, ccl4, sicl4, hcl等。bcl3是al刻蝕劑，特別是第一步對自然氧化鋁的刻蝕，到目前為止bcl3仍然是最為理想的。但由于bcl3的分解度較低，刻蝕al的速率就比較低，通常都是與cl2或sicl4一 起混合使用。cl2也是al刻蝕劑，應(yīng)當(dāng)注意的是cl2對重?fù)诫s的硅以及多晶硅也有極強(qiáng)的刻蝕作用。ccl4是最早的rie刻蝕劑，與bcl3作用相近，但由于其反應(yīng)生成的聚合物中常常含有cl, 會對al產(chǎn)生后腐蝕，以及ccl4的分解產(chǎn)物c2cl2是致癌物，所以ccl4已不再用于rie刻蝕。sicl4 對光刻膠有很好的選擇性，對自然氧化鋁的刻蝕稍遜于bcl3和ccl4，對al的刻蝕速度較慢，需與bcl3或cl2混合使用[2]。 正交試驗法也被稱作田口試驗法(taguchi method)，是一種科學(xué)地安排與分析多因素多水平試驗的方法[3]。采用正交試驗法，雖然所做的試驗次數(shù)比較少，但同樣可以明確地得出因素的主次，因素與水平的關(guān)系，好的因素水平組合以及進(jìn)一步試驗的方向[4]。 本文主要針對近年來國內(nèi)引進(jìn)的二手rie刻al設(shè)備中有的因超期服役造成刻蝕系統(tǒng)的參數(shù)變化，原有的刻蝕程序有的已不能完全滿足工藝要求的情況，采用正交試驗的方法，對工藝參數(shù)進(jìn)行分析，制定出可行的優(yōu)化工藝。 2 試驗與結(jié)果 試驗設(shè)備為美國plasma therm公司1987年出產(chǎn)的in line waf , r etcher a-360鋁刻蝕機(jī)，該刻蝕機(jī)有三個腔室，分別為進(jìn)片腔、主腔、出片腔。該設(shè)備采用單片處理方式在主腔中進(jìn)行刻蝕。主腔中可引入四路氣體：cl2，bcl3，chcl3和n2。試驗樣品為光刻后的濺al單晶硅片，硅片直徑125mm，靶材為含硅1%的alsi合金，純度99.999%，al膜厚度為1mm，光刻膠為6112正性膠，涂膠厚度約為1mm，經(jīng)120℃，30min烘膠，uv固膠。 采用正交試驗法，首先選定4個主要影響刻蝕的因素，分別為：rf功率、cl2、bcl3和chcl3。每個因素又分為三個水平（見表1），選用l9(43)正交試驗表進(jìn)行9次試驗。試驗過程中還有一些工 藝參數(shù)被定為常數(shù)，如主腔室溫度為70℃，上下電極溫度為45℃，n2流量為25sccm，主刻蝕時間為90s（以便測量臺階高度）。a-360鋁刻蝕機(jī)只能設(shè)定rf功率值，等離子體的加速電壓是隨負(fù)載的變化而變化的，以保持rf輸出功率為設(shè)定值，反射功率為最小值，反射功率被控制在0-10w。主腔室壓力為26.7pa。刻蝕前，用不著a-200型臺階儀測量膠的厚度，刻蝕結(jié)束時，再用a-200型臺階儀測量去膠前后的臺階高度，分別得到刻蝕前后的膠厚和刻al深度，依次計算出樣品的均勻性、刻蝕速率和對光刻膠選擇比。采用十字法5點測量，計算出5點的平均值，試驗結(jié)果見表2。
由表2的極差結(jié)果可以看出，影響均勻性、刻
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