Cl2和SF6混合气体对a-Si刻蚀反应的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥京东方光电科技有限公司 作者:刘祖宏

  对薄膜晶体管( TFT) 像素区域的非晶Si( a-Si) 进行刻蚀是TFT-LCD 行业的主要工艺之一,通常在电容耦合射频真空放电设备中采用Cl2和SF6作为刻蚀反应气体实现。

  为了保证刻蚀速率并节省工艺循环时间,同时又控制用气成本,需要获取最佳的气体使用量。本文通过调整Cl2和SF6的用量,研究了a-Si 的刻蚀速率和均匀性的变化关系。研究表明,当Cl2用量大于5000 mL/min 时,刻蚀速率无明显变化; 当SF6少量增加时也能够加速a-Si 刻蚀。同时,通过光谱分析系统对a-Si 和光刻胶的刻蚀反应进行了分析,与刻蚀率测试结果相同。

  在平板显示行业干法刻蚀工艺中,通常使用非晶Si(a-Si) 作为半导体材料形成沟道,而其他区域的a-Si 材料则通过干法刻蚀设备完成刻蚀。目前行业通用的刻蚀气体选择Cl2和SF6两种,其中Cl2为主要刻蚀气体,SF6辅助进行刻蚀并且能够催化Cl2电离成离子状态。然而Cl2却是一种有毒有强烈刺激性气味的气体,并且有强氧化性,当环境中湿度较高时,极容易对产品中的金属层造成腐蚀,出现品质不良。所以,在工艺生产中,无论是出于安全生产的目的还是出于产品品质的考虑,在保证刻蚀速率的情况下,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为都需要尽可能减少Cl2用量。

  1、样品制备与数据采集

  测试基板尺寸:1500 mm × 1850 mm膜厚测量设备:FP-22 型台阶膜厚测量系统,Spectra Thick ST-8000 光学膜厚测量系统。光谱采集设备:Semi Sysco Plasma Enhanced EPD System。

  本实验采用的是东京电子公司(TEL) 生产的刻蚀机,刻蚀模式为增强型电容耦合射频放电( Enhanced Capacitive Coupled Plasma,ECCP) 。影响a-Si刻蚀速率的主要因素有功率、气压和气体流量,为了排除其他因素对a-Si 刻蚀速率的影响,保持源功率、偏压功率、气压一定,通过变化Cl2和SF6的用量,确认刻蚀程度的变化规律。为了准确地反映Cl2和SF6对a-Si 的刻蚀效果,在每张玻璃基板上均匀分散地选取29 个点,用台阶膜厚测量仪测出a-Si 刻蚀前后的膜厚,取其平均值,计算出Cl2和SF6对a-Si 的刻蚀速率和均匀度。

  同时,通过EPD System 采集反应时的光谱,对反应元素(Cl 原子) 的特征光谱进行分析,获得不同刻蚀条件下的刻蚀速率、均匀性、PR 胶损耗量、等离子活性等数据。

  3、结论

  (1) 单独改变Cl2流量:随着Cl2流量从8000 ~4000 mL/min 减小时,Cl2每降低1000 mL/min,刻蚀速率衰减在4% 以内; 随着Cl2流量从4000 ~ 2000mL/min 减小时,Cl2每降低1000 mL/min,刻蚀速率衰减在10%以上,均匀性无明显规律。

  (2) 单独改变SF6流量:随着SF6流量从150 ~450 mL/min 增大时,SF6每增加100 mL/min,刻蚀速率增加在5%左右,均匀性无明显规律。

  (3) 对光刻胶的刻蚀能力:随着SF6比例的增加,等离子体对光刻胶的刻蚀能力会逐渐增强,尤其是在SF6含量比例小于6%时增幅十分明显。

  (4) EPD 系统对刻蚀反应解析结果:与台阶膜厚测量系统分析结论(1) 和(2) 相同。

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