干法刻蝕技術(shù)

*，在芯片制造的過程中，硅片表面圖形的形成主要依靠光刻和刻蝕兩大模塊。光刻的目的是在硅片表面形成所需的光刻膠圖形，刻蝕則緊接其后地將光刻膠的圖形轉(zhuǎn)移到襯底或襯底上的薄膜層上。隨著特征尺寸要求越來越小，對(duì)光刻和刻蝕的要求也越來越高。通常一個(gè)刻蝕工藝包含以下特性：

1. 良好的刻蝕速率均勻性(Uniformity)，不僅僅是片內(nèi)的均勻性(Within Wafer)，還包括片與片之間(Wafer to Wafer)，批次與批次之間(Lot to Lot)。
2. 高選擇比(High Selectivity)，被刻蝕材料的刻蝕速率遠(yuǎn)大于光刻膠和襯底的損失率。
3. 無殘留(Residue Free)，刻蝕過程中不應(yīng)生成不揮發(fā)的、難以去除的刻蝕副產(chǎn)品和微粒。
4. 無損傷(Damage Free)，即在刻蝕過程中不應(yīng)產(chǎn)生任何對(duì)襯底、薄膜以及器件的電損傷或等離子損傷。
5. 不會(huì)使光刻膠在刻蝕完成后難以去除。
6. 可控的良好的側(cè)壁形貌(Side Profile)。
7. 良好的特征尺寸(Critical Dimension)控制
8. 刻蝕速率(Etching Rate)，保證流片量。

等離子體干法刻蝕通常有三種形式：等離子體刻蝕、離子轟擊和兩種形式的結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Etching），下表給出三種刻蝕的特點(diǎn)對(duì)照。

離子轟擊顧名思義是利用高能量惰性氣體離子轟擊硅片表面，達(dá)到濺射刻蝕的作用。因?yàn)椴捎眠@種方法所以可以得到非常小的特征尺寸和垂直的側(cè)壁形貌。這是一種“通用"的刻蝕方式，可以在任何材料上形成圖形，如鈦、金等，可惜離子轟擊有其致命弱點(diǎn)：刻蝕速率低下同時(shí)選擇性比較差，能達(dá)到3：1以屬罕見。

等離子體刻蝕的優(yōu)勢(shì)不僅在于快速的刻蝕速率同時(shí)可獲得良好的物理形貌，還可以通過對(duì)反應(yīng)氣體的選擇達(dá)到針對(duì)光刻膠和襯底的高選擇比。但是因?yàn)檎麄€(gè)過程*是化學(xué)反應(yīng)所以對(duì)材料的刻蝕是各向同性的，隨著工藝尺寸的持續(xù)縮小，這一缺點(diǎn)愈顯突出，使它的應(yīng)用越來越越受到限制，一般僅用于對(duì)特征形貌沒有要求的去膠(Ashing)工藝。

反應(yīng)離子刻蝕是上述兩種刻蝕方法相結(jié)合的產(chǎn)物，它是利用有化學(xué)反應(yīng)性氣體產(chǎn)生具有化學(xué)活性的基團(tuán)和離子。經(jīng)過電場(chǎng)加速的高能離子轟擊被刻蝕材料，產(chǎn)生損傷的表面，這進(jìn)一步加速了活性刻蝕反應(yīng)基團(tuán)與被刻蝕材料的反應(yīng)速率，正是這種化學(xué)和物理反應(yīng)的相互促進(jìn)使得反應(yīng)離子刻蝕具有上述兩種干法刻蝕所沒有的*性：良好的形貌控制能力(各向異性)；較高的選擇比；可以接受的刻速率。正是它的這些*性使得它成為目前應(yīng)用范圍的干法刻蝕，所以現(xiàn)在我們提到的干法刻蝕一般都是指反應(yīng)離子刻蝕。

當(dāng)刻蝕氣體被通入刻蝕反應(yīng)腔中，在射頻電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生等離子體輝光放電，反應(yīng)氣體分解成各種中性的化學(xué)活性基團(tuán)，分子、電子、離子；由于電子和離子的質(zhì)量不同使得質(zhì)量較輕的電子能夠響應(yīng)射頻電場(chǎng)的變化而離子卻不能，正是這種差異在電極上產(chǎn)生負(fù)偏壓 Vdc(Negative DC bias) ，離子在負(fù)偏壓的加速下轟擊硅片表面形成反應(yīng)離子刻蝕；一個(gè)持續(xù)的干法刻蝕必須要滿足這些條件：在反應(yīng)腔內(nèi)有*的自由基團(tuán)；硅片必須靠等離子體足夠近以便反應(yīng)基團(tuán)可以擴(kuò)散到其表面；反應(yīng)物應(yīng)被硅片表面吸附以持續(xù)化學(xué)反應(yīng)；揮發(fā)性的生成物應(yīng)可從硅片表面解吸附并被抽出反應(yīng)腔。上面的任一種條件末達(dá)到刻蝕過程都會(huì)中斷。刻蝕的具體過程可描述為如下六個(gè)步驟：

1. 刻蝕物質(zhì)的產(chǎn)生；
射頻電源施加在一個(gè)充滿刻蝕 氣體的反應(yīng)腔上，通過等離子體輝光放電產(chǎn)生電子、離子、活性反應(yīng)基團(tuán)。
2. 刻蝕物質(zhì)向硅片表面擴(kuò)散；
3. 刻蝕物質(zhì)吸附在硅片表面上；
4. 在離子轟擊下刻蝕物質(zhì)和硅片表面被刻蝕材料發(fā)生反應(yīng)；
5. 刻蝕反應(yīng)副產(chǎn)物在離子轟擊下解吸附離開硅片表面；
6. 揮發(fā)性刻蝕副產(chǎn)物和其它未參加反應(yīng)的物質(zhì)被真空泵抽出反應(yīng)腔；

整個(gè)過程中有諸多的參數(shù)影響刻蝕工藝，其中zui重要的是：壓力、氣體比率、氣體流速、射頻電源（RF　POWER）。另外硅片的位置和刻蝕設(shè)備的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)刻蝕工藝，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，針對(duì)不同的刻蝕膜質(zhì)設(shè)備廠家設(shè)計(jì)不同的設(shè)備，提供不同的氣體配比以達(dá)到工藝要求。