详述蚀刻原理及类型
不要单一的理解plasma的激发方式。
一般来讲，常见的有：
RIE：Reactive Ion Etching
ICP：Inductively coupled plasma
TCP：transformer coupled plasma
CCP：Capacitively Coupled Plasma
话说80年代，半导体处于6寸-8寸时代。
大部分厂家使用RIE，这个就是比较通用chamber。
上部电极接地，下部接power。
基本上就满足了当时plasma的蚀刻要求。
要我说，这个就是武林中的九阴真经。
RIE
Interaction between ions & neutral reactive species
(radicals) in a reactive gas
Top = grounded
Bot = RF 13.56MHz
Bot = negatively biased (self_bias voltage Vdc)
as if DC voltage were applied
Vdc several hundreds of V
Positive ions accelerated by this voltage > anisotropy
Damage: due to energy of ion bombardment (ion sputtering)
到了90年代，三国鼎立，
出现AMAT ICP，Lam TCP ，TEL CCP的强势武功。
本来大家都是从九阴真经的RIE发展而来。所以骨子里面还是有相同的地方。
大师兄：AMAT
我嫡传RIE，然后在RIE基础上加了一个类似锅盖的线圈，通电加上power以后，多了一个控制plasma 的有利武器。可以精确的控制plasma的激励浓度和电子密度。称霸一时。
Inductively-- 感应式，就是靠通电线圈激发的。
二师兄：LAM。
大师兄既然搞了一个Inductively，我不能抄袭，干脆把桶形的线圈变成盘形，一个是结构更见简单，另外，和wafer 合成平行板型。应该效果也不错。
这个想法就是传说中的transformer coupled plasma，Lam 凭借此招，名震江湖。
三师兄：TEL DRAM and SCCP
2位师兄已经把线圈的模式发展的淋漓尽致，看来我走coil 是没有前途了。
干脆，我剑走偏锋。和他们杠上了。
AMAT方向：老大使用线圈通电。
水生木，木生火，五行相生相克。
变化的电场产生磁场，变化的磁场也会产生电场。
我在RIE 外面套一个永磁体，这个就是DRAM。
LAM 方向：nnd，二师兄盘形罗线圈，老子直接上面板。
我在RIE 上部加一个电容面板60M激发，这个就是SCCM
或者将TCP 的盘形coil 变成电容面板。也是CCP的高级模式，即SCCM。
这个时候，Lam发话了，三弟，你怎么可以这么聪明。reactive to
你搞sccm 双power，我把你上部power 移下来。
九阳神功：due power。
一时间，你有张良计，我有过墙梯。三家纠缠不已。
这个就是etch 的三国鼎立。
ICP: Inductively coupled plasma
An RF induction plasma helical resonator consists of a
cylindrical quartz chamber with an antenna wound helically
around the chamber, in a coil-like manner. By allowing an
alternating current to flow through the coil, an alternating
field is created orthogonally to the antenna. As a result, an
induction field is created within the vacuum in the opposite
direction of the current flow in the antenna. Electrons are
accelerated by this field to produce a plasma. An
electrostatic shield is provided around the chamber. Plasma
with an ion density of 1 x 1212/cm3 can be obtained under
low-pressure conditions of 5 x 10–4 torr. Note also that this
technique produces high-density plasmas in a wide
pressure range (10–3 to 102 torr).
TCP: transformer coupled plasma
The RF induction TCP system features a spiral coil at the
upper section of the chamber (on top of the insulating plate)
to enable a plasma to be induced within the chamber
th h th li ti f RF lt t th through the application of voltage to the coil. This system can be considered an MRIE system with the magnet
replaced by an RF-applied spiral coil. It is simple in
structure and involves no magnet. An ion density of 1 x
1012/cm3 can be obtained at a pressure of 5 x 10-4 torr or
less. This plasma is flat and highly uniform.
在此期间，西域金伦法王进犯中原。
就是传说中hitachi的ECR ：凭借微波武器，也偶尔逐鹿中原。
The 2.45-GHz microwave generated by a magnetron is
introduced into the process chamber via a waveguide. The
electric field created by this microwave and the magnetic
field set up perpendicular to the electric field by the
solenoid coil, work in a synergistic manner so that fast- ECR
moving electrons develop in the plasma as they make a
cyclotron motion. This makes it possible to stably produce
high-density plasma at a pressure below 7.5 mtorr. The
plasma can be produced more efficiently when the flux
density of the magnetic field is set at 875 Gauss, a level at
which electron cyclotron resonance (ECR) occurs. Note also
that the application of an RF bias voltage to the electrode on
which the wafer is positioned allows the energies of the
ions incident upon the wafer to be controlled as desired.
• Microwave plasma etching system
(1) Provides profile control over a wide range, from
anisotropic etching to fully isotropic etching
(2) Offers an ionization rate three to four orders of
magnitude greater than with RIE, to ensure high-speed
etching with minimal damage caused by ion energies
(3) Allows clean etching with the fewest possible
contaminant sources as a result of electrodeless discharge
within the quartz belljar.
不要单纯的说哪个那个好，好比九阴真经和独孤九剑比起来。有的打。
ICP：
RF power is transferred to the plasma via an rf magnetic field.
An ionizing electric field is induced by this rf magnetic field.
This induced electric field is not referenced to any surface.
Inductive coupling is much more efficient at plasma production since energy is not spent in accelerating ions with a high voltage into a surface.
CCP：
RF power is transferred directly to the plasma by an rf electric field.
The rf field causes the electrons to accelerate and collide with atoms and molecules to begin the ionization process.
The rf field also accelerates the ions to the electrode surface, where the wafer is mounted.
As the rf field increases, both ion production and ion energy increase, potentially leading to
wafer damage at high energy.
Capacitive coupling is not efficient at creating ions, since a large amount of energy is used to accelerate the ions into the electrode surface.
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For ICP
MERIT
Higher density
Can work at lower pressure
DEMERIT
Less process stability
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compare
图片1.jpg
補充一點小小的充說明:
由於電漿技術的長足發展，過去必須在高溫下才可合成的材料漸漸地可以用低溫的技術取代。電漿技術在微電子、光電感測系統或微機電系統之中應用將極為廣泛，而未來在半導體前段製程中，牽涉到化學蝕刻部分，也將漸漸由電漿蝕刻所取代。
電漿蝕刻技術大致又分為傳統電漿與高密度電漿兩種，二者在特性上有相當大的區別。如圖（1）所示，傳統電漿中反應器的基本結構為兩電極板，各連接高頻電源之一端，藉兩電極之間的電場而使該場內的分子被加速而激發氣體分子中的電子而產生電漿。該型電漿用於高解析度蝕刻有其限制存在。因其產生穩定電漿的最低壓力範圍在35-50x10 -3 torr左右，即35-50 m-torr之範圍。但其最佳工作範圍是在100 m-torr 到4-torr之間，所能產生的電漿密度為109 ion/cm3之數量級。由於工作壓力過高，導致於粒子之間的碰撞機率大，所產生的電漿密度不夠高，以致於縱向蝕刻之速率及深度與橫向之比率相當低。
基於傳統型電漿中之上述各項缺點，乃有高密度型的電漿源的需求，迄今仍在繼續發展之中。其中最具商業化潛力的要算是電感偶合式電漿（ICP）或稱之為變壓器偶合電漿（TCP）。兩者在名稱上雖有不同，其實為同一原理。為簡化起見，以下統稱之為ICP。其原理如下，電流流過一個線圈，利用此一線圈產生之電感（Inductance）來感應出一磁場。此一磁場可以透過介質（如空氣，真空或鐵磁心）產生次極（secondary）感應電流，以電漿型式釋放出能量。可藉由附圖（2）得到更進一步之瞭解，致於如
何將能量在低壓之狀況中釋出而產生高密度高均勻度電漿即為科學家所競相進求的目標，因此ICP高密度電漿的基本原理乃是以磁場來產生偶合。此一型式和傳統式的電漿系統比較有幾項明顯的優點。因ICP 之偶合方式係藉由磁場所產生，由電磁理論得知其電場，即離子加速方向，是以環繞此一磁場且平行於晶片表面之切線方向。所以當輸入之功率（通常以RF之頻率為主）加大時，磁場與電場皆相對增加，電漿內之離子加速方向（因平行於晶片表面之切線方向）因比較不易對晶片產生傷害。基於此一優點，ICP的輸入功率可以達到相當高的範圍。此優點之一。
反觀傳統之電容式電漿系統，電場係產生於兩極板之間，而導致離子加速。此離子加速方向係垂直於晶片表面，因此若增加其輸入之RF功率，電場強度亦相對增加，將導致離子向兩邊電極加速而產生撞擊繼而造成能量之損耗以及對晶片之傷害。因過大之電場所產生之離子加速，對晶片所造成之損傷非常嚴重，因此傳統式之電容式電漿系統受到功率的基本限制。以能量損耗之觀點來看，在ICP的電漿系統內，由於離子加速路徑是環繞著磁力線而行，離子循著電場方向加速而撞擊反應器之內壁或晶片表面而造成的能量損失的機率非常低。在此狀況下，離子可以週而復始的在反應腔內部進行向心加速作用而增加相互碰撞的機率。由於粒子之間碰撞機率的增加，因此所能產生離子的效率相對提高。在ICP系統內電漿之密度可高達1011/cm3 的數量級以上，而傳統型的電漿密度郤只有109/cm3的數量級。
此兩型電漿系統在實際使用上有何不同的效果？首先先需瞭解的是操作壓力範圍。ICP系統在1m-torr 即1x10-3 torr 之壓力狀況下操作相當容易且非常穩定；而傳統電漿的工作壓力範圍卻必須在35 m-torr以上。
高品質的電漿蝕刻有兩項最基本的要求，其一為離子密度要夠高，其二為工作壓力要夠低。離子密度是正比於蝕刻反應的化學濃度，因此也直接相關於反應速率﹑蝕刻速率且直接影響產能。
操作壓力和“平均自由路徑”（mean-free-path）。也有直接的關係存在。“Mean-free-path” 係指在系統中每一粒子在與其他粒子產生前後兩次連續碰撞之過程中所行經路徑的平均距離。因粒子密度直接正比於系統壓力，且二者皆與Mean-free-path成反比關係。換言之，在低壓系統中，氣體的mean-free-path 會比在高壓系統中大，相對的粒子之碰撞機率也較低。當一離子向一晶片方向加速而欲產生蝕刻反應之過程中，所遭遇到的碰撞機率愈低，由該粒子對此一晶片所造成的蝕刻方向將愈趨近於垂直，而電漿蝕刻效應是由數千萬次該種反應之集體貢獻所造成的結果。反觀傳統型電漿，由於操作壓力範圍高，離子間碰撞機率相對也非常大。當一離子向晶片加速而欲造成蝕刻之過程中，因離子向晶片表面的法線加速分量與切線分量幾近相同，因此，粒子在向垂直方向產生蝕刻時，同時也造成水平方向的分量，因此所蝕刻出之圖型，在線寬上難免會產生擴大的失真現象，這種失真現象在小於0.25µm以下的製程技術中無法被接受。因此高品質的ICP高密度電漿源即成為非常具有開發價值的技術。