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氮化硅（Si3N4）是一種物理、化學(xué)性能都非常優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料?在微機(jī)械加工工藝中常被用作絕緣層、表面鈍化層、最后保護(hù)膜和結(jié)構(gòu)功能層。氮化硅薄膜刻蝕工藝是芯片制造業(yè)中的關(guān)鍵工藝之一?？涛g過程是經(jīng)過顯影制程后,在基片的表面刻畫出IC電路圖案的晶圓,用化學(xué)腐蝕或物理撞擊的方式,及兩種方式的結(jié)合去除不需要的部分材質(zhì),留下所需的IC電路結(jié)構(gòu)。換種方式說,在制作電路的過程中,必須將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到器件的薄膜層上,轉(zhuǎn)移圖形時選擇性地清除薄膜層上暴露部分的圖形過程稱為刻蝕?？涛g工藝一般有干法刻蝕和濕法刻蝕兩種方法,反應(yīng)離子刻蝕是目前干法刻蝕技術(shù)中最先進(jìn)的技術(shù),因?yàn)樗瑫r具有化學(xué)和物理刻蝕方法的優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)離子刻蝕是利用荷能的活性粒子轟擊表面,這樣在動量的作用下,一部分分子被轟擊出去,另一方面也伴隨著化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)離子刻蝕是干法刻蝕技術(shù),與離子束刻蝕相比具有反應(yīng)面積大、針對性好、操作方便以及快速節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn),因此更受歡迎。

反應(yīng)離子刻蝕氮化硅薄膜原理

圖1 反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備簡圖

圖1是RIE設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。陽極和反應(yīng)腔接地,陰極作為功率電極,射頻功率源的頻率是13.56MHz?？涛g過程是將硅片放在功率電極上,反應(yīng)室內(nèi)的氣體受到高頻電場的作用發(fā)生輝光放電,產(chǎn)生等離子體。等離子體中含有的電子、離子及游離基等與表面的原子發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng),形成揮發(fā)性物質(zhì),達(dá)到刻蝕的作用。同時,高能量的離子在固定的工作壓力作用下,頻繁射向樣品的表面,進(jìn)行物理轟擊及刻蝕,使反應(yīng)離子刻蝕具備很好的各向異性。

能刻蝕氮化硅的氣體很多?通常能產(chǎn)生氟、氯活性基的氣體均可以刻蝕氮化硅?如CHF₃、CF₄、SF₆、NF₃等。氟碳化合物是刻蝕氮化硅的常用氣體?如采用CHF₃、CF₄作為刻蝕氣體?刻蝕氮化硅的主要過程為：

CHF₃→CHF₂*，CF₃*，F(xiàn)*，?H*

CF₄→CF₃*＋CF₂*＋CF*＋F*

F*＋H*→HF↑

Si＋F*→SiF₄↑

Si₃N₄＋F*→SiF₄↑＋N₂↑

式中有上標(biāo)星號的CF₃??CF₂??CF??F?表示具有強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)活性的活性基。反應(yīng)生成的SiF₄↑、HF↑、N₂↑等揮發(fā)性氣體被真空系統(tǒng)抽離反應(yīng)腔體?完成對氮化硅的刻蝕?？梢娍涛g氮化硅主要是氟原子活性基的作用。反應(yīng)氣體中氟活性原子的比例大則有利于刻蝕的進(jìn)行。