第10章 干法刻蚀
第 章 干法刻蚀
10
刻蚀参数
7. 等离子体诱导损伤 等离子体诱导损伤有两种情况： • 等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷引起薄栅氧化
硅的击穿。 • 带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表面上的氧化层
③等离子体中的反应正离子在自偏置电场中加速得到能量轰击样片表 面，这种离子轰击不仅对样片表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀， 而且提高了表面层自由基和反应原子或原子团的化学活性，加速与 样片的化学反应。
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
第十章 干法刻蚀
1
刻蚀概述
刻蚀的概念: 用化学或物理的方法有选择地去除不需要的材料的工艺过程称
为刻蚀。由于硅可以作为几乎所有集成电路和半导体器件的 基板材料，所以本章主要讨论在硅基板表面的刻蚀过程。 刻蚀示意图：
2
刻蚀概述
刻蚀的工艺目的: 把光刻胶图形精确地转移到硅片上，最后达到复制掩膜版图形
15
干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数 刻蚀机理 侧壁剖面
物理刻蚀 RF场垂直片面 物理离子溅射
各向异性
化学刻蚀 物理和化学刻蚀
RF场平行片面 RF场垂直片面
活性元素 离子溅射和活性
化学反应元素化学反应Fra bibliotek各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
12
干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀
侧壁剖面 各向同性
第10章-干法刻蚀
28
气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢ 浅层注入，损伤小； ➢ 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢ 侧向溅射，利于表面平坦化； ➢ 表面清洁效率高。
29
微机械加工
30
干法刻蚀用离子源的开发
干法刻蚀用离子源的要求：
31
干法刻蚀设备实例
ICP高密度等离子刻蚀膜系统-中科院上海微系统所
32
习题
• 试比较干法刻蚀和湿法刻蚀的优缺点 • 比较物理干法刻蚀和化学干法刻蚀的机制
33
T
Si 基板
光刻胶 被刻蚀材料
5
刻蚀参数
2. 刻蚀剖面
• 刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。 • 两种基本的刻蚀剖面: 各向同性和各向异性刻蚀剖面
Isotropic etch - etches in all directions at the same rate
Resist
Film Substrate 湿法各向同性化学腐蚀
Resist
Film
Undercut
Overetch
Resist Film
Substrate (a)
Substrate
(b)
7
刻蚀参数
4. 选择比
• 选择比是指在同一刻蚀条件下，刻蚀一种材料对另一种材料的刻 蚀速率之比。高选择比则意味着只刻除想要除去的材料，而对其 他部分不刻蚀。
• SiO2对光刻胶的选择比 ＝ (ΔTsio2/t1)/(ΔT胶/t1) ＝ ΔTsio2/ΔT胶
Anisotropic etch - etches in only one direction Resist
Film Substrate 具有垂直刻蚀剖面的各向异性刻蚀
干法腐蚀
干法刻蚀
求助编辑
干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。
当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点：一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。
因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。
干法刻蚀又分为三种：物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。
其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。
很明显，该溅射刻蚀靠能量的轰击打出原子的过程和溅射非常相像。
（想象一下，如果有一面很旧的土墙，用足球用力踢过去，可能就会有墙面的碎片从中剥离）这种极端的刻蚀方法方向性很强，可以做到各向异性刻蚀，但不能进行选择性刻蚀。
化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。
由于刻蚀的核心还是化学反应（只是不涉及溶液的气体状态），因此刻蚀的效果和湿法刻蚀有些相近，具有较好的选择性，但各向异性较差。
人们对这两种极端过程进行折中，得到目前广泛应用的一些物理化学性刻蚀技术。
例如反应离子刻蚀（RIE --Reactive Ion
Etching）和高密度等离子体刻蚀（HDP）。
这些工艺通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀，同时兼有各向异性和选择性好的优点。
目前RIE已成为超大规模集成电路制造工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。
干法刻蚀原理
干法刻蚀原理干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造、微纳米器件制备等领域。
干法刻蚀是指在无液体介质的条件下，利用化学气相反应或物理能量加工材料表面的过程。
本文将介绍干法刻蚀的原理及其在微纳加工中的应用。
干法刻蚀的原理主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。
物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行加工，常见的有离子束刻蚀、反应离子刻蚀等。
而化学干法刻蚀则是通过化学气相反应来实现对材料的加工，包括等离子体刻蚀、化学气相沉积等。
在物理干法刻蚀中，离子束刻蚀是一种常见的方法。
离子束刻蚀是利用高能离子轰击材料表面，使其发生物理或化学变化，从而实现对材料的加工。
通过控制离子束的能量、角度和注入时间，可以实现对材料表面的精细加工。
在化学干法刻蚀中，等离子体刻蚀是一种常用的方法。
等离子体刻蚀是利用等离子体中的活性粒子对材料表面进行化学反应，从而实现对材料的加工。
通过控制等离子体中的成分和反应条件，可以实现对材料的高精度加工。
干法刻蚀在微纳加工中具有重要的应用价值。
首先，干法刻蚀可以实现对材料的高精度加工，可以制备出尺寸精密、表面光滑的微纳器件。
其次，干法刻蚀可以实现对材料的选择性加工，可以在不同材料之间实现清晰的界面。
最后，干法刻蚀可以实现对材料的大面积加工，可以满足大规模生产的需求。
总的来说，干法刻蚀是一种重要的微纳加工技术，具有高精度、选择性和大面积加工的优势。
在未来的微纳加工中，干法刻蚀将继续发挥重要作用，推动微纳器件的发展和应用。
干法刻蚀.
最小的光刻胶脱落或粘附问题
刻蚀速率＝ΔT/t（Å /min)
Bias：凹切量或侧蚀宽度
好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性
等离子体刻蚀又称为激发反应气体刻蚀，属于化学刻蚀，各向同性。
② 自由基和反应原子或原子团的化学性质非常活泼，它们构成了等离子体的反应元素，自由基、反应原子或原子团与被刻蚀的材料进
行化学反应形成了等离子体刻蚀。
• 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由组成原子共享，平均每个 原子的入射能量约在10 eV以下。因而，在碰撞过程中，团束原 子的整体运动使得团束仅对靶材表面的前几个原子层产生轰击效 应。
30 kV的气体离化团束设备图
28
气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢ 浅层注入，损伤小； ➢ 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢ 侧向溅射，利于表面平坦化； ➢ 表面清洁效率高。
9
刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的；能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。
• 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
化学反应
元素化学反应
各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
慢
高（5：1 ～100：1）
适中
线宽控制
好
非常差
很好
16
干法刻蚀的过程
RIE: 物理刻蚀+化学刻蚀
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
干法刻蚀
挥发性刻蚀副产物 和其它未参加反应 的物质被真空泵抽 出反应腔。
刻蚀终止
刻蚀终止
干式蚀刻不像湿式蚀刻，具 有很高的选择比，过度的干 蚀刻可能会损伤下一层的材 料，因此，蚀刻时间的正确掌握是必要的。另外，反应器状况的 细微改变，如气体流量、温度、晶片上材料的差异，都会影响蚀 刻时间，因此必须时常去检查蚀刻速率的变化，以确保蚀刻的再 现性。使用终点测量器可以计算出蚀刻结束的正确时间，从而准 确地控制过度蚀刻的时间，以确保多次蚀刻的再现性。
2.3物理、化学刻蚀
通过活性离子对衬底的物理轰击和 化学反应双重作用刻蚀，同时兼有各向 异性和选择性好的优点。目前已成为超 大规模集成电路制造工艺中应用最广泛 的主流刻蚀技术。 。
物理、化学刻蚀的进行主要靠化学反 应来实现，加入离子轰击的作用有两方面。 1)破坏被刻蚀材质表面的化学键以提 高反应速率。 2)将二次沉积在被刻蚀薄膜表面的产 物或聚合物打掉，以使被刻蚀表面能充分 与刻蚀气体接触。由于在表面的二次沉积 物可被离子打掉，而在侧壁上的二次沉积 物未受到离子的轰击，可以保留下来阻隔 刻蚀表面与反应气体的接触、使得侧壁不 受刻蚀，所以采用这种方式可以获得非等 向性的刻蚀效果。
4.3.3 侧壁剖面
在局部(LI)氧化层介质中的接触窗口尺寸通常与具有高 深宽比的最小特征尺寸相等。对于这种类型的应用，需要 高度各项异性的垂直侧壁剖面。一个重要的因素是高密度 造过程中用到两种基本的氮化硅。一种是在 700 -800摄氏度下用LPCVD淀积的，它产生按Si3N4组成比的 氮化硅膜。另外一种低密度的氮化硅膜是在低于350摄氏 度下用PECVD淀积。由于它的低密度，PECVD生长的氮化硅 膜的刻蚀速率较快。 可用不同的化学气体来刻蚀氮化硅，常用的气体是CF4。 并与O2,和N2混合使用。增加02/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。另外可能用于氮化硅 刻蚀的主要气体有SiF4、NF3、CHF3 和C2F6。
干法刻蚀.
11Biblioteka 法刻蚀• 干法刻蚀的优点（与湿法刻蚀比） 1. 刻蚀剖面各向异性，非常好的侧壁剖面控制 2.最小的光刻胶脱落或粘附问题 3. 好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性 4. 化学品使用费用低
• 干法刻蚀的缺点（与湿法刻蚀比） 1. 对下层材料的刻蚀选择比较差 2. 等离子体诱导损伤 3. 设备昂贵
的目的。它是在硅片上复制图形的最后主要图形转移工艺。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀 ✓干法刻蚀：通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产生
的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程；刻蚀精度：亚 微米。 ✓湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层材 料的工艺过程；刻蚀精度：大于3微米。
3
刻蚀参数
相关刻蚀参数: • 刻蚀速率 • 刻蚀剖面 • 刻蚀偏差 • 选择比 • 均匀性 • 聚合物 • 等离子体诱导损伤
4
刻蚀参数
1. 刻蚀速率
• 刻蚀速率是指刻蚀过程中去除硅片表面不需要的材料的速度。 刻蚀速率＝ΔT/t（Å/min) 其中，ΔT=去掉的材料厚度（Å或μm） t=刻蚀所用时间（min）
20
反应离子刻蚀
➢ RIE （Reactive Ion Etch）机理
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离 子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原 子团组成。
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射频电源电极 （称为阴极）的面积小于接地电极（称为阳极）的面积时，在系统 的电源电极上产生一个较大的自偏置电场。
15
干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数 刻蚀机理 侧壁剖面
物理刻蚀 RF场垂直片面 物理离子溅射
干法刻蚀
1、刻蚀速率刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用Å/min表示。
※Å：埃米，1埃米Angstrom =1/10000000000米（10的负10次方）。
刻蚀速率=△T/t（Å/min）△T=去掉的材料厚度（Å或μm）t=刻蚀所用的时间（分）※负载效应：刻蚀速率和刻蚀面积成反比。
2、刻蚀剖面刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。
※各向同性和各向异性：各向同性，刻蚀在各个方向的速率一致；各向异性，刻蚀在各个方向的速率不一致。
3、刻蚀偏差刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化。
刻蚀偏差=W b－W aW b=刻蚀前光刻胶的线宽W a=光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽4、选择比选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料的刻蚀速率比。
选择比S R=E f/E rE f=被刻蚀材料的刻蚀速率E r=掩蔽层材料的刻蚀速率（如光刻胶）5、均匀性刻蚀均匀性是一种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。
※ARDE，微负载效应。
6、残留物刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料。
它常常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。
7、聚合物聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体（如C2F4）和刻蚀生成物结合在一起形成的。
8、等离子体诱导损伤A、一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。
B、另一种器件损伤是能量粒子对暴露的栅氧化层的轰击。
发生在刻蚀时栅电极的边缘。
9、颗粒沾污和缺陷等离子体带来的硅片损伤有时也由硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾污而引起的。
由于电势的差异，颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。
当没有等离子体时，这些颗粒就会掉到硅片表面。
氟基化学气体等离子体比氯基或溴基等离子体产生较少的颗粒，因为氟产生的刻蚀生成物具有较高的蒸汽压。
干法刻蚀是把硅片表面暴露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应（或同时有这两种反应），从而去掉暴露的表面材料。
干法刻蚀ppt课件
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
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刻蚀参数
相关刻蚀参数: • 刻蚀速率 • 刻蚀剖面 • 刻蚀偏差 • 选择比 • 均匀性 • 聚合物 • 等离子体诱导损伤
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刻蚀参数
1. 刻蚀速率
• 刻蚀速率是指刻蚀过程中去除硅片表面不需要的材料的速度。 刻蚀速率＝ΔT/t（Å/min)
其中，ΔT=去掉的材料厚度（Å或μm） t=刻蚀所用时间（min）
• 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
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刻蚀参数
7. 等离子体诱导损伤 等离子体诱导损伤有两种情况：
• 等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷引起薄栅氧化 硅的击穿。
• 带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表面上的氧化层 进行轰击，使器件性能退化。
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反应离子刻蚀
RIE （Reactive Ion Etch）机理
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离 子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原 子团组成。
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射频电源电极 （称为阴极）的面积小于接地电极（称为阳极）的面积时，在系统 的电源电极上产生一个较大的自偏置电场。
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反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB)：经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。
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25
反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB)：经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。 • FIB的离子源主要有液态金属离子源(LMIS，常选用金属 Ga)和电场电离型气体离子源(FI，常选用H2、He、Ne等) 两大类。
26
反应离子束刻蚀
• 大束径离子束刻蚀：束径10~20 cm，效率高，质量均匀。 常用大束径离子束设备有两种：
9
刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的；能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。 • 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀：通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产 生的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程；刻蚀精度： 亚微米。 湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层 材料的工艺过程；刻蚀精度刻蚀参数:
• • • • • • •
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干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀 侧壁剖面 各向同性 示意图
各向同性(与设备和参数有关)
各向异性 (与设备和参数有关) 干法刻蚀 各向异性– 锥形
硅槽
湿法刻蚀是各向同性腐蚀， 不能实现图形的精确转移， 一般用于特征尺寸较大的 情况（≥3μｍ） 。
干法刻蚀有各向同性腐蚀，也 有各向异性腐蚀。各向异性腐 蚀能实现图形的精确转移，是 集成电路刻蚀工艺的主流技术。
19
等离子体刻蚀
• 圆桶式等离子体刻蚀机
刻蚀系统的射频电场平行于硅片表面，不存在反应离子轰击， 只有化学作用（仅在激发原子或活性气氛中进行刻蚀）。
20
反应离子刻蚀
RIE （Reactive Ion Etch）机理
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形成等离 子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原子或原 子团组成。 ②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面且射频电源电极 （称为阴极）的面积小于接地电极（称为阳极）的面积时，在系统 的电源电极上产生一个较大的自偏置电场。 ③等离子体中的反应正离子在自偏置电场中加速得到能量轰击样片表 面，这种离子轰击不仅对样片表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀， 而且提高了表面层自由基和反应原子或原子团的化学活性，加速与 样片的化学反应。
Kaufman型：热阴极、 磁控管阳极组合放电
ECR型：冷阴极 放电ECR离子源
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气体离化团束加工技术
• 材料表面改性技术的发展要求轰击离子注入到靶材表面的深度在 数纳米范围内，而低能离子束很难实现这一要求。 • 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由组成原子共享，平均每个 原子的入射能量约在 10 eV以下。因而，在碰撞过程中，团束原 子的整体运动使得团束仅对靶材表面的前几个原子层产生轰击效 应。
刻蚀参数 物理刻蚀 RF场垂直片面 化学刻蚀 RF场平行片面 物理和化学刻蚀 RF场垂直片面
刻蚀机理 侧壁剖面
选择比 刻蚀速率 线宽控制
物理离子溅射 各向异性
低/难提高 （1：1） 高 好
活性元素 化学反应 各向同性
很高 （500：1） 慢 非常差
离子溅射和活性 元素化学反应 各向异性
高（5：1 ～100：1） 适中 很好
2. 刻蚀剖面 • 刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。 • 两种基本的刻蚀剖面: 各向同性和各向异性刻蚀剖面
Isotropic etch - etches in all directions at the same rate Resist Anisotropic etch - etches in only one direction Resist Film Substrate 具有垂直刻蚀剖面的各向异性刻蚀
刻蚀速率 刻蚀剖面 刻蚀偏差 选择比 均匀性 聚合物 等离子体诱导损伤
4
刻蚀参数
1. 刻蚀速率
• 刻蚀速率是指刻蚀过程中去除硅片表面不需要的材料的速度。 刻蚀速率＝ΔT/t（Å/min) 其中，ΔT=去掉的材料厚度（Å或μm） t=刻蚀所用时间（min）
光刻胶
T 被刻蚀材料
Si 基板
5
刻蚀参数
• 高密度等离子体用于干法刻蚀的特征：
23
反应离子刻蚀
普通RIE及高密度等RIE系统比较：
24
反应离子束刻蚀
• 定义：将离子以束状聚集以进行刻蚀加工的技术即为离 子束刻蚀。离子由非活性气体产生，仅通过溅射进行物 理刻蚀的方式为溅射离子束刻蚀。当被离子束照射的位 置存在活性气体时，化学反应同时发生的方式为反应离 子束刻蚀（RIBE-Reactive Ion Beam Etching）。 • RIBE 的一个重要参数是离子束直径。目前，可聚焦到最 细的离子束直径为0.04 m, 宽束离子束直径可达200 mm以 上。
第十章
干法刻蚀
1
刻蚀概述
刻蚀的概念: 用化学或物理的方法有选择地去除不需要的材料的工艺过 程称为刻蚀。由于硅可以作为几乎所有集成电路和半导体器 件的基板材料，所以本章主要讨论在硅基板表面的刻蚀过程。 刻蚀示意图：
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刻蚀概述
刻蚀的工艺目的:
把光刻胶图形精确地转移到硅片上，最后达到复制掩膜 版图形的目的。它是在硅片上复制图形的最后主要图形转移 工艺。
16
干法刻蚀的过程
硅片的等离子体刻蚀过程图
17
干法刻蚀的终点检查
终点检测的常用方法：光发射谱法 机理：在等离子体刻蚀中，活性基团与被刻蚀材料反应的同时， 基团被激发并发出特定波长的光，利用带波长过滤器的探测器，探 测等离子体中的反应基团发光强度的变化来检测刻蚀过程是否结束。
18
等离子体刻蚀
等离子体刻蚀机理
6
Film
Substrate 湿法各向同性化学腐蚀
刻蚀参数
3. 刻蚀偏差
• 刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸的变化。 刻蚀偏差＝Wa－Wb Bias：凹切量或侧蚀宽度
Wb Wa Resist Film Substrate (a) (b)
7
Undercut Bias Resist Overetch Film Substrate
10
刻蚀参数
7. 等离子体诱导损伤
等离子体诱导损伤有两种情况： • 等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷引起薄栅氧化 硅的击穿。 • 带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表面上的氧化层 进行轰击，使器件性能退化。
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干法刻蚀
• 干法刻蚀的优点（与湿法刻蚀比） 1. 刻蚀剖面各向异性，非常好的侧壁剖面控制 2.最小的光刻胶脱落或粘附问题 3. 好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性 4. 化学品使用费用低 • 干法刻蚀的缺点（与湿法刻蚀比） 1. 对下层材料的刻蚀选择比较差 2. 等离子体诱导损伤 3. 设备昂贵
32
习题
• 试比较干法刻蚀和湿法刻蚀的优缺点
• 比较物理干法刻蚀和化学干法刻蚀的机制
33
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
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反应离子刻蚀
• RIE: 物理刻蚀+化学刻蚀
22
反应离子刻蚀
• 高密度等离子体刻蚀
• 在先进的集成电路制造技术中，传统的RIE系统不能满足0.25 微米 以下尺寸高深宽比图形的刻蚀要求，于是发展了高密度等离子体 RIE系统。
30 kV的气体离化团束设备图
28
气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
浅层注入，损伤小； 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； 侧向溅射，利于表面平坦化； 表面清洁效率高。
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微机械加工
30
干法刻蚀用离子源的开发
干法刻蚀用离子源的要求：
31
干法刻蚀设备实例
ICP高密度等离子刻蚀膜系统-中科院上海微系统所
① 进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解电离形 成等离子体，等离子体由高能电子、反应正离子、自由基、反应原 子或原子团组成。 ② 自由基和反应原子或原子团的化学性质非常活泼，它们构成 了等离子体的反应元素，自由基、反应原子或原子团与被刻蚀的材 料进行化学反应形成了等离子体刻蚀。 • 等离子体干法刻蚀系统的基本部件包括：发生刻蚀反应的反应室、 一个产生等离子体的射频电源、气体流量控制系统、去除刻蚀生成 物和气体的真空系统。 • 等离子体刻蚀又称为激发反应气体刻蚀，属于化学刻蚀，各向同性。
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干法刻蚀的机制
物理刻蚀：利用离子碰撞被刻蚀表面的溅射效应而实现材料去 除的过程。
化学刻蚀：通过激活的刻蚀气体与被刻蚀材料的化学作用，产 生挥发性化合物而实现刻蚀。
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干法刻蚀的机制
物理化学刻蚀：通过等离子体中的离子或活性基与被刻蚀材料间 的相互作用实现刻蚀。
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干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数
4. 选择比
• 选择比是指在同一刻蚀条件下，刻蚀一种材料对另一种材料的刻 蚀速率之比。高选择比则意味着只刻除想要除去的材料，而对其 他部分不刻蚀。 • SiO2对光刻胶的选择比 ＝ (ΔTsio2/t1)/(ΔT胶/t1) ＝ ΔTsio2/ΔT胶
（a）0时刻
（b）t1时刻
8
刻蚀参数
5. 均匀性 • 刻蚀均匀性是指刻蚀速率在整个硅片或整批硅片上的一致性 情况。非均匀性刻蚀会产生额外的过刻蚀。 • 微负载效应：Aspect Ratio Dependence Etching