第二节 干法刻蚀
干法刻蚀是指利用等离子体激活或高能离子束 轰击的方式来去除物质。由于在刻蚀中不使用液体， 所以称为干法刻蚀。 与湿法刻蚀相比，干法刻蚀具有如下优点： (1) 刻蚀剖面是各向异性的，具有非常好的侧壁剖 面控制； (2) 好的特征尺寸控制； (3) 最小的光刻胶脱落或粘附问题； (4) 好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性； (5) 较低的化学制品使用和处理费用。
二、常见薄膜的等离子刻蚀
除上述所述外，残留物、聚合物、等离子体诱 导损伤以及颗粒沾污也是实际生产中刻蚀技术的参 数。
四、超大规模集成电路对图形转移的要求
在刻蚀过程中转移图形常有如图8-8所示的三种 情况。
图8-8 刻蚀转移图形的三种常见情况
超大规模集成电路（VLSI）对图形转移的要求 主要有以下几个方面： 1.图形转移保真度要高 2.选择比要高 3.刻蚀偏差要小 4.均匀性要好 5.刻蚀的清洁
批处理工艺
非均匀性，各 向同性刻蚀， 大的钻蚀
压力计和定时 器
2μm
1981年：单片刻蚀
CF4O2
单硅片，单独的 终点检测，改进 的重复性
对氧化硅低的 选择比，各向 同性工艺
终点检测
1.5μm
1982年：单片RIE
SF6/氟利昂11， SF6/He
MFC，独立的压 力和气体流量控 制，改进的可重 复性 带真空锁腔体， 可变电极间距， 改进的可重复性
表8-1多晶硅刻蚀技术的发展
年代和反应器设计 尺寸要求 4~5μm各向同性 刻蚀 1977年以前：湿法 腐蚀 用乙酸或H2O缓冲 的HF/HNO3 批处理工艺 化学药品 主要特点 局限性和存在 的问题 光刻胶脱落、 酸槽老化、温 度敏感 控制方法
操作员判断终 点
3μm
1977年：圆桶式刻有被光刻胶覆盖或保护的部 分，以化学反应或物理作用加以去除，以完成将图形 转移到晶圆片表面上的目的的工艺过程。在半导体制 造工艺中，刻蚀与光刻相联系，是一种主要的图形化 （pattern）处理工艺。
第一节 刻蚀技术概述
一、刻蚀技术的发展
伴随着硅片制造技术的多年发展，刻蚀技术发生 了许多改变。最早的圆筒式刻蚀机功能简单，只能进 行有限的控制。现代等离子体刻蚀机能产生高密度等 离子体，具有产生等离子体的独立的RF功率源和硅片 加偏置电压、终点检测、气体压力和流量控制等功能 ，并集成了对刻蚀参数进行控制的软件。表8-1详细 列出了多晶硅刻蚀技术的发展。
各向同性化学刻蚀
各向异性刻蚀
3．刻蚀偏差
刻蚀偏差=Wb-Wa 其中，Wb=刻蚀前光刻胶的线宽；Wa=光刻胶去除后被 刻蚀材料的线宽。
刻蚀中的横向钻蚀
4．选择比
SR=Ef/Er 其中，Ef=被刻蚀材料的刻蚀速率；Er=掩蔽层材料 的刻蚀速率（如光刻胶）。
5．均匀性 刻蚀均匀性是衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或 整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数。均匀性 与选择比有密切的联系，因为非均匀性刻蚀会产生 额外的过刻蚀。保持硅片的均匀性是保证制造性能 一致的关键。均匀性的一些问题是因为刻蚀速率和 刻蚀剖面与图形尺寸和密度有关而产生的。刻蚀速 率在小窗口图形中较慢，甚至在具有高深宽比的小 尺寸图形上刻蚀能停止。这一现象被称为深宽比相 关刻蚀(ARDE)，也被称为微负载效应。为了提高均 匀性，必须把硅片表面的ARDE效应减至最小。
三、刻蚀参数
1．刻蚀速率
刻蚀速率=△d/t
其中， △d为被去除材料的厚度，单位为微米； t为刻蚀所用的时间，单位为分钟。
2．刻蚀剖面 刻蚀剖面指的是被刻蚀图形的侧壁形状。有两种 基本的刻蚀剖面：各向同性和各向异性刻蚀剖面。各 项同性的刻蚀剖面是在所有方向上（横向和纵向）以 相同的刻蚀速率进行刻蚀；各向异性的，即刻蚀仅在 垂直于硅片表面的方向上进行，其在横向上的刻蚀很 少可忽略不计。这种垂直的侧壁使得在芯片上可以制 作高密度的刻蚀图形。各向异性刻蚀对于小线宽图形 亚微米器件的制作来说是非常关键的。
一、等离子体的形成
等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的 原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气 体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、 液、气体外，物质存在的第四种状态。等离子体也会 导电，是一种很好的导电体。 等离子体刻蚀的基本过程如下： 气体→离化成活性粒子→扩散并吸附到待刻蚀表 面→表面扩散→与表面膜反应→产物解吸附→离开硅 片表面并排出腔室。
Cl2，HBr
高密度等离子体， 低压，简单的气 体混合；改进的 可重复性
设备复杂，多 变量
独立的产生等 离子体的RF控 制和硅片偏置 的RF控制
二、刻蚀工艺概述
湿法刻蚀 刻蚀技术 干法刻蚀
等离子体刻蚀 离子束溅射刻蚀 反应离子体刻蚀
除上述分类方法外，刻蚀也可以分为有图形刻蚀 和无图形刻蚀。
d t
第二节 干法刻蚀
当然，干法刻蚀也具有选择比低、成本高、设 备复杂等缺点。 干法刻蚀按机理划分主要有：等离子体刻蚀、 反应离子刻蚀和离子溅射刻蚀。
一、刻蚀作用
干法刻蚀系统中，刻蚀作用是通过化学作用或物 理作用，或者化学和物理的共同作用来实现的，如图 8-9所示。
图8-9化学和物理的干法刻蚀机理
二、电势分布
等离子体辉光放电区域中的等离子体电势分布 对刻蚀系统的刻蚀能力有很大的影响。
图8-10刻蚀机辉光放电区域原理图和电势分布
第三节 等离子体刻蚀
等离子刻蚀是将刻蚀气体电离产生带电离子、 分子、电子以及化学活性很强的原子（分子）团， 此原子（分子）团扩散到被刻蚀膜层的表面，与待 刻材料反应生成具有挥发性的反应物质，并被真空 设备抽离排出。等离子刻蚀属于化学反应刻蚀，具 有类似于湿法刻蚀的优缺点：对遮罩、底层的选择 比高，但却是各向同性刻蚀，线宽控制性差。
低氧化硅选择 比，剖面控制
MFC，气体流 量和压力控制 分开
1.5μm~0.5μm
1983年：可变电极 间距，带真空锁
CCl4/He，C12/He， C12/HBr
高深宽比图形 的微负载效应， 剖面控制
电极间距控制， 计算机控制
1.5μm~0.25μm及 以下
1991年：电感耦合 等离子体（ICP）