Cl2和SF6混合氣體對(duì)a-Si刻蝕反應(yīng)的研究
對(duì)薄膜晶體管( TFT) 像素區(qū)域的非晶Si( a-Si) 進(jìn)行刻蝕是TFT-LCD 行業(yè)的主要工藝之一，通常在電容耦合射頻真空放電設(shè)備中采用Cl2和SF6作為刻蝕反應(yīng)氣體實(shí)現(xiàn)。
為了保證刻蝕速率并節(jié)省工藝循環(huán)時(shí)間，同時(shí)又控制用氣成本，需要獲取最佳的氣體使用量。本文通過(guò)調(diào)整Cl2和SF6的用量，研究了a-Si 的刻蝕速率和均勻性的變化關(guān)系。研究表明，當(dāng)Cl2用量大于5000 mL/min 時(shí)，刻蝕速率無(wú)明顯變化; 當(dāng)SF6少量增加時(shí)也能夠加速a-Si 刻蝕。同時(shí)，通過(guò)光譜分析系統(tǒng)對(duì)a-Si 和光刻膠的刻蝕反應(yīng)進(jìn)行了分析，與刻蝕率測(cè)試結(jié)果相同。
在平板顯示行業(yè)干法刻蝕工藝中，通常使用非晶Si(a-Si) 作為半導(dǎo)體材料形成溝道，而其他區(qū)域的a-Si 材料則通過(guò)干法刻蝕設(shè)備完成刻蝕。目前行業(yè)通用的刻蝕氣體選擇Cl2和SF6兩種，其中Cl2為主要刻蝕氣體，SF6輔助進(jìn)行刻蝕并且能夠催化Cl2電離成離子狀態(tài)。然而Cl2卻是一種有毒有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體，并且有強(qiáng)氧化性，當(dāng)環(huán)境中濕度較高時(shí)，極容易對(duì)產(chǎn)品中的金屬層造成腐蝕，出現(xiàn)品質(zhì)不良。所以，在工藝生產(chǎn)中，無(wú)論是出于安全生產(chǎn)的目的還是出于產(chǎn)品品質(zhì)的考慮，在保證刻蝕速率的情況下，真空技術(shù)網(wǎng)(http://m.genius-power.com/)認(rèn)為都需要盡可能減少Cl2用量。
1、樣品制備與數(shù)據(jù)采集
測(cè)試基板尺寸：1500 mm × 1850 mm膜厚測(cè)量設(shè)備：FP-22 型臺(tái)階膜厚測(cè)量系統(tǒng)，Spectra Thick ST-8000 光學(xué)膜厚測(cè)量系統(tǒng)。光譜采集設(shè)備：Semi Sysco Plasma Enhanced EPD System。
本實(shí)驗(yàn)采用的是東京電子公司(TEL) 生產(chǎn)的刻蝕機(jī)，刻蝕模式為增強(qiáng)型電容耦合射頻放電( Enhanced Capacitive Coupled Plasma，ECCP) 。影響a-Si刻蝕速率的主要因素有功率、氣壓和氣體流量，為了排除其他因素對(duì)a-Si 刻蝕速率的影響，保持源功率、偏壓功率、氣壓一定，通過(guò)變化Cl2和SF6的用量，確認(rèn)刻蝕程度的變化規(guī)律。為了準(zhǔn)確地反映Cl2和SF6對(duì)a-Si 的刻蝕效果，在每張玻璃基板上均勻分散地選取29 個(gè)點(diǎn)，用臺(tái)階膜厚測(cè)量?jī)x測(cè)出a-Si 刻蝕前后的膜厚，取其平均值，計(jì)算出Cl2和SF6對(duì)a-Si 的刻蝕速率和均勻度。
同時(shí)，通過(guò)EPD System 采集反應(yīng)時(shí)的光譜，對(duì)反應(yīng)元素(Cl 原子) 的特征光譜進(jìn)行分析，獲得不同刻蝕條件下的刻蝕速率、均勻性、PR 膠損耗量、等離子活性等數(shù)據(jù)。
3、結(jié)論
(1) 單獨(dú)改變Cl2流量：隨著Cl2流量從8000 ～4000 mL/min 減小時(shí)，Cl2每降低1000 mL/min，刻蝕速率衰減在4% 以內(nèi); 隨著Cl2流量從4000 ～ 2000mL/min 減小時(shí)，Cl2每降低1000 mL/min，刻蝕速率衰減在10%以上，均勻性無(wú)明顯規(guī)律。
(2) 單獨(dú)改變SF6流量：隨著SF6流量從150 ～450 mL/min 增大時(shí)，SF6每增加100 mL/min，刻蝕速率增加在5%左右，均勻性無(wú)明顯規(guī)律。
(3) 對(duì)光刻膠的刻蝕能力：隨著SF6比例的增加，等離子體對(duì)光刻膠的刻蝕能力會(huì)逐漸增強(qiáng)，尤其是在SF6含量比例小于6%時(shí)增幅十分明顯。
(4) EPD 系統(tǒng)對(duì)刻蝕反應(yīng)解析結(jié)果：與臺(tái)階膜厚測(cè)量系統(tǒng)分析結(jié)論(1) 和(2) 相同。
