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ICP(感應耦合)等離子刻蝕機的基本原理及結構示意圖

文章出處:等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間:2022-10-18
隨著半導體工藝技術的發展,濕法刻蝕由于其固有的局限性,已不能滿足超大規模集成電路微米、甚至納米級細線條的工藝加工要求,干法刻蝕逐漸發展起來。在干法刻蝕中,感應耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma簡稱ICP)刻蝕法由于其產生的離子密度高、蝕刻均勻性好、蝕刻側壁垂直度高以及光潔度好,逐漸被廣泛應用到半導體工藝技術中。

1 ICP等離子刻蝕機的基本原理及結構


1.1 基本原理

感應耦合等離子體刻蝕法(InductivelyCou-pledPlasmaEtch,簡稱ICPE)是化學過程和物理過程共同作用的結果。它的基本原理是在真空低氣壓下,ICP射頻電源產生的射頻輸出到環形耦合線圈,以一定比例的混合刻蝕氣體經耦合輝光放電,產生高密度的等離子體,在下電極的RF射頻作用下,這些等離子體對基片表面進行轟擊,基片圖形區域的半導體材料的化學鍵被打斷,與刻蝕氣體生成揮發性物質,以氣體形式脫離基片,從真空管路被抽走。

1.2 ICP等離子刻蝕機的結構

ICP等離子刻蝕機其設備主要結構包括預真空室、刻蝕腔、供氣系統和真空系統四部分,如圖1所示。
ICP 等離子刻蝕機設備結構圖
圖一 ICP 等離子刻蝕機設備結構示意圖

 
1.2.1預真空室

預真空室的作用是確??涛g腔內維持在設定的真空度,不受外界環境(如:粉塵、水汽)的影響,將危險性氣體與潔凈廠房隔離開來。它由蓋板、機械手、傳動機構、隔離門等組成。

1.2.2刻蝕腔體

刻蝕腔體是ICP等離子刻蝕設備的核心結構,它對刻蝕速率、刻蝕的垂直度以及粗糙度都有直接的影響??涛g腔的主要組成有:上電極、ICP射頻單元、RF射頻單元、下電極系統、控溫系統等組成,如圖2所示。
ICP等離子刻蝕機腔體
圖二 ICP等離子刻蝕機腔體
(1) 上電極。上電極下表面布滿均勻小孔,它的功能是將刻蝕氣體均勻輸送到ICP的腔體的圓截面,以便等離子體的制備。

(2) ICP射頻單元。ICP射頻單元主要由射頻發生器、匹配網絡、射頻電纜以及耦合線圈、隔離裝置組成。在ICP射頻單元作用下,刻蝕氣體經輝光放電,耦合感生出大量的等離子體。

(3) RF射頻單元。RF射頻單元由RF射頻發生器、匹配網絡和射頻電纜組成。射頻電纜的另一端接到下電極底部。提供等離子體的偏轉電壓。

(4) 下電極系統。下電極系統主要包括下電極板、基座、石英壓盤、氦氣單元、下電極冷卻系統等結構。其主要作用是將RF射頻發生器提供的能量加到基片上。

(5) 控溫系統。為了保證刻蝕的均勻性和重復性,刻蝕腔的溫度一定要精準的控制。溫度的控制由高精度的溫控器來控制。

1.2.3供氣系統

供氣系統是向刻蝕腔體輸送各種刻蝕氣體,通過壓力控制器(PC)和質量流量控制器(MFC)精準的控制氣體的流速和流量。氣體供應系統由氣源瓶、氣體輸送管道、控制系統、混合單元等組成。

(1) 氣源瓶。各種刻蝕氣體最初都單獨存放在氣源瓶內,純度達到99.9%以上,經由控制系統輸送到混合單元,再送到刻蝕腔內,產生等離子體。

(2) 氣體輸送管道。氣體輸送管道包括兩部分。一是刻蝕氣體的從氣源瓶往刻蝕腔的輸送,另外一部分是刻蝕產生的揮發性氣體的排空線。

(3) 氣體控制系統。控制系統包括閥門、質量流量控制器、壓力控制器等。

(4) 混合單元。混合單元將各刻蝕氣體在該單元進行混合,形成一定比例的均勻混合氣體,再進入ICP射頻單元,感應耦合形成等離子體。

1.2.4真空系統

真空系統有兩套,分別用于預真空室和刻蝕腔體。預真空室由機械泵單獨抽真空,只有在預真空室真空度達到設定值時,才能打開隔離門,進行傳送片??涛g腔體的真空由機械泵和分子泵共同提供,刻蝕腔體反應生成的氣體也由真空系統排空。

ICP刻蝕技術作為一種新興的高密度等離子體刻蝕技術,在對硅、二氧化硅材料、等材料的刻蝕方面獲得了很好的效果,已被廣泛應用到了各種器件的制作工藝中。

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