最近的一些总结

干法刻蚀：指利用辉光放电（glow discharge）方式，产生包含离子、电子等带电粒子以及具有高度化学活性的中性原子、分子及自由基的电浆来进行图案转印（pattern transfer）的刻蚀技术，是亚微米尺寸下刻蚀器件的主要方法，按材料可分成：金属刻蚀、介质刻蚀、硅刻蚀，按照刻蚀机理可分为化学腐蚀和物理腐蚀

• 化学刻蚀：利用RF射频能量使气体产生电浆，化学活性极强的原(分)子团扩散至待蚀刻物质表面，反应产生挥发性生成物，被真空设备抽离，各向同性刻蚀，高选择比，高刻蚀速率，低表面损伤，反应腔体洁净

• 物理刻蚀：利用辉光放电将气体如Ar解离成带正电的离子，下电极的自偏压会吸引电浆中的正离子轰击基板表面达到刻蚀目的，各相异性刻蚀，低选择比，高表面损伤，反应副产物多为非挥发性

• 物理刻蚀和化学刻蚀混合作用：先使用离子轰击破坏膜层表面原子键，并将沉积于待蚀刻表面的产物或聚合物(Polymer)打掉，再进行化学刻蚀，可大幅提高刻蚀速率；各向异性蚀刻的达成，聚合物在侧壁上沉积，因未受离子撞击而保留，阻隔了表面与反应蚀刻气体接触使侧壁不受侵蚀，获得各向异性蚀刻，高选择比

• 刻蚀速率：Å/min，单位时间内刻蚀的厚度
• 刻蚀剖面：各向同性刻蚀与各向异性刻蚀同在，刻蚀剖面会出现Foot, undercut, reverse undercut, Re-entrant, Notch, Tapered图形

• 刻蚀偏差：刻蚀后线宽标准尺寸CD(criteria Dimensions)的变化，刻蚀偏差＝Wb－Wa，Wb＝刻蚀前光刻胶的线宽，Wa＝光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽

• 选择比：同一个刻蚀条件下，两种材料的刻蚀速率比，SR=Ef/Er，Ef＝材料刻蚀速率，Er＝掩蔽层刻蚀速率（如光刻胶）

• EPD 终点检测：干法刻蚀通常不能提供对下一层材料足够高的刻蚀选择比，当某一层材料刻蚀结束时腔体内所探测到的物质波长发射密度发生突变，终点检测器会触发刻蚀机控制器而停止，最小化过刻蚀

• 均匀性：%unif=(Max-min)/(2*mean)*100%
• 宏观负载效应：因刻蚀总面积的增加而导致整体刻蚀速率下降

• 微负载效应：在图形密集区域反应离子的有限成分消耗得快，刻蚀速率下降

• 深宽比相关负载效应：深宽比相关刻蚀，高深宽比硅槽刻蚀速率比低深宽比硅槽刻蚀速率慢，通常可以通过固定反应器压力和提高刻蚀气体流量来减小这种效应

• 残留物：由被刻蚀膜层中的污染物、刻蚀速率（太快）、腔体中的污染物、膜层中不均匀的杂质分布产生，覆盖在腔体内壁或图形底部，可以通过过刻蚀或用湿法化学腐蚀去掉
• 聚合物：刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体（如C2F4）和刻蚀生成物结合而成，能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀气体，阻挡侧壁刻蚀，增强方向性，需要定期清理腔体
• 表面损伤：刻蚀图形底部表面原子键被破坏，扩散至此的自由基很容易与其发生反应，使得这个方向的刻蚀得以持续进行；
• 侧壁钝化：刻蚀反应产生的非挥发性的副产物、光刻胶刻蚀产生的聚合物、侧壁表面的氧化物或氮化物，会在待刻蚀物质表面形成钝化层，图形底部的钝化层会被击穿露出里面的待刻蚀物质继续反应，而图形侧壁钝化层受到较少的离子轰击，阻止了这个方向刻蚀的进行；

等离子体：又叫电浆，是由被剥夺电子的原子、原子电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，是除去固、液、气外，物质存在的第四态，当气体里的带电荷粒子达到一定数量，将处于电崩溃的状态，气态粒子里的电子数量将足以产生足够的离子，以便再产生相当的离子数量，以维持气态离子与电子在容器内的平衡；

• 解离反应：e- + X2 -> 2X + e-
• 激发反应：e- +X -> X* + e-
• 离子化反应：e- +X2 -> X2+ + 2e-
• 激态原子释放能量发光：X* ->X + Hv

RIE Reactive Ion Etching 反应离子刻蚀：腔室上电极接地，下电极接射频电源13.56MHz，由于其电极表面所带电荷的变换，会吸引正负离子及电子的接近，但因电子与带正电的原子核质量相差甚多，在经过高频的变换过程后，电子与正离子逐渐分离，质量较小的电子受吸引加速较快到达电极表面，使电极附近形成带负电的鞘层电压，即RF自偏压（self bias），鞘层电压与等离子体之间存在电位差，吸引正离子轰击基板表面，高刻蚀速率，各向异性好，表面损伤较严重

PE Plasma Etching 等离子刻蚀：RF射频电源接上电极，下电极接地，通过RF Power控制反应气体解离浓度，下电极接地表面电位为零不产生离子轰击效应，表面损伤低

ICP Inductively Coupled Plasma 电感耦合等离子刻蚀：上电极螺旋感应线圈连接功率为13.56MHz的射频电源来产生等离子体，感应线圈使等离子体中电子受磁力作用而做螺旋运动，电子的平均自由程增加使之获得较高的加速电压，使得有效碰撞频率增加，离子解离率增加，在下电极装产生偏置（BIAS VOLTAGE）RF发生器（一般频率小于13.56MHz）控制离子轰击能量，上电极感应线圈控制离子解离浓度，下电极控制离子轰击能量

二氧化硅的刻蚀：使用CF4、CHF3、C2F6、C3F8、C4F8等能够提供碳和氟原子的反应气体，生成具有挥发性的四氟化硅SiF4和CO或CO2

• ICP螺旋感应线圈射频源功率增加使气体离子化程度增大SiO刻蚀速率增加；
• BOT RF增加一定程度提高刻蚀率后达到饱和；

• 随着压强增加气体离子化程度降低，平均自由程缩短，刻蚀速率缓慢下降；
• Ar气增加可提高等离子体稳定性，强化轰击作用，继续增加稀释刻蚀气体；

O2：1.去除polymer使新的刻蚀表面暴露出来；2.稀释刻蚀气体浓度；

H2：抑制polymer挥发使反应速率下降，抑制Si的刻蚀速度，增大SiO2对Si的选择比；

氮化硅的刻蚀：CF4与O2和N2混合使用，增加O2或N2的含量来稀释氟基的浓度并降低对下层氧化物的刻蚀速率，对刻蚀停止层氧化物大约 20：1 的选择比，气体可选SiF4、NF3、CHF3 和C2F6

ICP深硅刻蚀工艺：采用钝化与刻蚀不断交替循环累加以达到所需刻蚀深度，深宽比>20:1

• 线圈功率和压力不变，增大基板功率，增大SF6刻蚀气体流量，延迟刻蚀时间，能够保证刻蚀气体密度到达深槽底部不变，保证刻蚀速率；

• 刻蚀过程中通入少量C4F8和O2可以减小横向钻蚀效果，侧壁光滑；

• 增大基板功率会使槽侧壁与等离子体形成负电位，刻蚀过程中入射离子受负电位影响发生偏离刻蚀侧壁，出现bowing现象，通入少量O2增加侧壁钝化和光滑；

硅和多晶硅的刻蚀：为保护栅极氧化层不被损伤，硅栅刻蚀分成：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀

• 主刻蚀：高刻蚀率但对氧化硅的选择小，决定硅栅的剖面轮廓和关键尺寸；
• 着陆刻蚀：对栅极氧化层有高选择比确保栅极氧化层不被损伤；
• 过刻蚀：对氧化硅选择比更高的步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层；

CL2，HBr，HCL 是硅栅刻蚀的主要气体，CL2 和硅反应生成挥发性的SiCl4而HBr 和硅反应生成的SiBr4 同样具有挥发性，加入小流量的氧气：1.在侧壁生成氧化硅从而增加对侧壁的保护；2.提高对栅极氧化层的选择比，HBr-O2的组合能达到大于100:1 的选择比，为避免伤及栅极氧化层，F基气体如CF4,SF6,NF3 不能在过刻蚀步骤中使用

浅沟槽（STI）的干法刻蚀：先用光阻作为氮化硅的阻挡层，再用氮化硅作为硅刻蚀的阻挡层，需要严格控制均匀性和剖面轮廓的倾斜度，CL2 和HBr 是浅沟槽的刻蚀的主要气体，配合小流量的氧气和氮气来产生氮氧化硅形成侧壁钝化层从而达到理想的刻蚀剖面轮廓。氦气和氩气通常用作辅助稀释的作用，CL2做为主刻蚀的气体容易形成陡直的剖面轮廓和凸型的底部轮廓；HBr作为主刻蚀气体能得到比较斜的剖面轮廓和凹形的底部轮廓；

Cl 和Br的残留，和空气中的水汽形成HCL和HBr这些酸性物质腐蚀和它们接触的表面形成污染，可用O2等离子清除表面的残留，或利用腔体净化功能减少污染源；

铝导线：电阻率低，3Ω·cm左右，对SiO2附着好，易被BCl3/Cl2刻蚀加工成形，以掺硅与铜的铝合金的方式来做导线

• 尖峰：硅在400℃左右对铝有一定的固态溶解度，硅扩散进入铝，铝回填硅，形成尖峰发生短路，在铝沉积制程中主动加入硅对铝之溶解度的硅1%左右可消除
• 电致迁移：铝原子沿着铝导线的晶粒边界随着电子的流动而移动，导致金属铝线断路，在金属靶里加入0.5到4%之间电阻率较铝低的铜，使铝产生电移所需的能量上升
• Ti/TiN阻碍层：提升金属对硅进行欧姆式接触的能力，TiN提升附着能力，整个金属结构由Ti、TiN、Al-Si-Cu组成，使接触界面的功函数降低，并抑制尖峰及电移

铝刻蚀：氟化物气体蚀刻铝形成的化合物AlF3挥发性低，使用氯化物SiCl4，BCl3，BBr3，CCl4等气体与氯气混合来蚀刻铝，Al（s）+3Cl（g）→AlCl3（g），空气中的氧与水分子对铝的反应很强，形成30~50Å的Al2O3无法以等离子体内的氯离子排除，需要使用 三氯化硼（BCl3）+氯氧（Cl2）1.去除Al2O3；2.刻蚀Al；

BCl3 的作用：Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl

• 1.BCl3 与O2 及水分反应，可减少Cl2 等离子内的O2 与H2O 的含量；
• 2.BCl3在等离子体内形成的BClx 及BCl3+是产生轰击的离子来源；
• 3.BClx与Cl在侧壁表面发生再结合反应BClx+Cl→BClx+，减少侧面的铝蚀刻，同加入少量的CF4 或CHF3或N2；
• Bias power 越大，向下轰击的能量的越大，C 的副产物越多，侧壁保护越好；
• Cl2 越多侧壁越差；
• Pressure 越大平均自由程越短，碰撞的机会越多，向下轰击的能量的越小，产生的 C 的副产物越少，侧壁保护越少；
• BCl3 的一个作用是向下轰击，BCl3 流量越大向下轰击的能量的越大，产生的C 的副产物越多，侧壁保护越多