第7章刻蚀工艺
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1）反应物扩散到被刻蚀的材料表面； 2）反应物与被刻蚀薄膜反应； 3）反应后的产物从刻蚀表面扩散到溶液中， 并随溶液被排出。
3、Arrhenius方程：
(1) 刻蚀速率： R = R0exp(-Ea/kT)
其中R0是与刻蚀液浓度有关的常数；Ea是化学反应的
激活能，它与被刻蚀物种类、杂质含量有关。 (2) 速率控制方法： a. 刻蚀溶液的种类 b. 溶液的浓度 c. 反应温度 d. 搅拌
回顾
• • • • 1、真空的分类？ 2、真空区域的划分？ 3、真空泵的分类？ 4、哪些工艺或器件需要真空？
真空度的单位
• 自然真空：宇宙空间所存在的真空； • 人为真空：用真空泵抽调容器中的气体 所获得的真空。
几种压强单位的换算关系
真空区域的划分
• • • • 粗真空：1×105～ 1×102 Pa。 低真空： 1×102～ 1×10－1 Pa。 高真空： 1×10－1 ～ 1×10－6 Pa。 超高真空：< 1×10－6 Pa。
刻蚀多晶硅（或硅）通常是一个三步工 艺过程： 1）预刻蚀，用于去除自然氧化层、硬的 掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀； 2）接下来是刻至终点的主刻蚀。这一步 用来刻蚀掉大部分的多晶硅膜，并不损伤栅 氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面；
3）最后是过刻蚀，用于去除刻蚀残留物和剩余 多晶硅，并保证对栅氧化层的高选择比。 多晶硅刻蚀气体传统上是氟基气体，在刻蚀硅 的过程中氟原子起作用。采用氯或溴化学气体可以 产生各向异性刻蚀和对氧化硅有好的选择比。
7）不会腐蚀金属。
①铝的刻蚀。 铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低、易 于淀积和刻蚀等优点。铝刻蚀通常采用加入卤化物的氯基气 体，最常用的是BCl3。因为铝在常温下表面极易氧化生成氧 化铝，氧化铝阻碍了刻蚀的正常进行，而BCl3可将自然氧化 层还原、保证刻蚀的进行，而且BCl3还容易与氧气和水反应 ，可吸收反应腔内的水汽和氧气，从而降低氧化铝的生成速 率。
真空泵的分类
机械泵 气体传输泵 扩散泵 分子泵 常用真空泵 钛升华泵 的分类
气体捕获泵 溅射离子泵
低温冷凝泵
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
真空的测量
U型压力计
绝对真空计
真空测量
压缩式真空计 放电真空计 相对真空计 热传导真空计 电离真空计
刻蚀工艺
刻蚀工艺
■ 概述
■ ��� 湿法刻蚀 ■ ��� 干法刻蚀
b. 共同特点：
(8) a. 优点： 刻蚀速度高；
HDP的优缺点
损伤小；
选择比好； 各向异性强； b. 缺点： 高的离子流量容易对浮空结构（尤其是MOS管中的栅） 充电，可能会在栅绝缘中导致过多的漏电。
(9)
刻蚀方法的比较
四 干法刻蚀的应用
一个成功的干法刻蚀要求：
1. 对不需要刻蚀的材料（主要是光刻胶和下层材料） 的高选择比； 2．获得可接受的产能的刻蚀速率；
d. 温度：35∼60º C
氮气出口 冷凝水出口 氮气
冷凝洄流管道 冷凝水 温控温度计 冷凝水入口 气体 流量 控制 计
磨沙密封口
氮气入口
硅片 腐蚀液 甘油池 石英提篮 石英支架 搅拌器转子 加热电炉
继电器 电源
随着特征尺寸的下降，湿法工艺不能满足要求， 寻求新的工艺----> 等离子体干法刻蚀，在1969引 入半导体加工，在70年代开始广泛应用。
配方为：HF:NH4F: H2O=3ml:6gwenku.baidu.com10ml
HF ⇔ H+ + F-
(2) 硅的刻蚀
a. 硝酸、氢氟酸与醋酸的混合液进行刻蚀： Si + HNO3 + 6HF = H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O b. 反应原理： I. 硝酸将表面的硅氧化成SiO2 ; II.氢氟酸将生成的SiO2除去
V1/V2 ≈[A2/A1]4 可达100～ 1000ev比 0～ 100ｅｖ．
d. 自由基反应各向同性，
高能离子轰击各向异性刻蚀。
(6) RIE的不足： a. 射频等离子体的离化率较低. b. 刻蚀速度↑ → 等离子体密度↑，
但同时离子轰击的能量↑ ，→轰击损伤↑;
c. 随着线条尺寸↓，刻蚀图形的深宽比↑,要求气压↓
(3) 氮化硅的刻蚀 a. 可采用SiO2作掩蔽膜, 在180℃磷酸溶液中进行刻蚀。 b. Si3N4, SiO2, Si在180℃磷酸中的刻蚀速率
(4) 铝的刻蚀
a. 刻蚀液：磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液。
b. 原理：
I. 由硝酸与铝反应生成氧化铝;
II. 磷酸和水分解氧化铝。 c. 掩蔽膜：光刻胶
3．好的侧壁剖面控制；
4．好的片内均匀性； 5．低的器件损伤； 6. 宽的工艺制造窗口。
1．介质的干法刻蚀
氧化物
刻蚀氧化物通常是为了制作接触孔和通孔。氧化物等
离子体刻蚀工艺通常采用氟碳化合物化学气体。加入缓冲
气体用于稀释刻蚀气体的浓度可以增加刻蚀的均匀性。
2．氮化硅
在硅片制造过程中用到两种基本的氮化硅。一种是在 700~800℃下用 LPCVD 淀积的，另一种是在低于 350℃下用 PECVD淀积的。后一种氮化硅膜的刻蚀速率较快。刻蚀氮 化硅常用的主要气体是CF4。
3．多晶硅栅刻蚀 在MOS器件中，掺杂的LPCVD多晶硅是用作栅 极的导电材料。掺杂多晶硅线宽决定了有源器件的栅 长，并会影响晶体管的性能（见图12.17）。多晶硅栅 的刻蚀工艺必须对下层栅氧化层有高的选择比并具有 非常好的均匀性和重复性。同时也要求高度的各向异 性，因为多晶硅栅在源/漏的注入过程中起阻挡层的作 用。倾斜的侧壁会引起多晶硅栅结构下面部分的掺杂
→离子的自由程↑→确保刻蚀的垂直度，
但在此气压下，等离子体密度↓↓，刻蚀效率↓。
d. 工作气压较高，离子沾污较大。
(7) 高密度低压等离子体(HDP)刻蚀机 a.
真空度10－2～10－4Torr
包括电子回旋共振式ECR、感应耦合式ICP、螺旋波式HWP 利用交叉的电场和磁场→电子在等离子体中的行程↑ →电 子和原子间碰撞↑ → 等离子体中自由基和离子的密度↑ 。 使用额外的RF电源给硅片提供衬底偏压。
膜层厚度的不均匀+刻蚀速率的不均匀→图形转移尺寸的不均匀 设：平均膜厚h，厚度变化因子δ， 0≤ δ ≤1；
最厚处为h（1+δ），最薄处h（1-δ）；
平均刻蚀速率v，速度变化因子ζ， 0≤ ζ ≤1； 最大为v(1+ζ)，最小为v(1-ζ)； 刻蚀最厚处所需时间； tM=h(1+δ)/v(1-ζ) 刻蚀最薄处所需时间； tm= h(1-δ)/v(1+ζ) 存在时间差：tM- tm = 2h(ζ+δ)/v(1+ζ)
(4) 离子轰击的作用： a. 将被刻蚀材料表面的原子键破坏； b. 将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉,使被刻蚀
表面能再与刻蚀气体接触；
• RIE中的物理损
伤和杂质驱进。
• 在含碳的RIE刻 蚀后，顶部30埃 由于过量浓度的 Si-C键引起严重
损伤，损伤和H
的穿透可达300 埃深。 • H的穿透可以降 低衬底掺杂的活 性。
在互连线金属刻蚀中的一个难点是VLSI / ULSI技术中常用的多层金属复合膜的复杂性，在复 合膜中常常有抗反射的TiN或其他材料层和下面的粘 附阻挡层，这些都增加了刻蚀工艺的复杂性。可以
5．金属的干法刻蚀 金属刻蚀的要求主要有以下几点： 1）高刻蚀速率（大于1000nm/min）； 2）对下面层的高选择比，对掩蔽层（大于4:1） 和层间介质层（大于20:1）； 3）高的均匀性，且CD控制很好，没有微负载效 应；
4）没有等离子诱导充电带来的器件损伤；
5）残留物污染少；
6）快速去胶；
说明
I. 刻蚀液的选用：选择比大。
II. 掩蔽膜的选用：
III. 主要优点：
粘附性；稳定性；抗蚀性好；
设备简单，成本底，产量高，并且具有很好的刻
蚀选择比，重复性好。
IV. 主要缺点
各相同性的，钻蚀严重，对图形的控制性较差。 安全性、洁净性差。
4、几种常见物质的刻蚀：
(1) SiO2的刻蚀 a. 氢氟酸可以在室温下与SiO2快速的反应，而不会刻蚀硅： SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O b. 掩蔽膜：光刻胶、氮化硅、多晶硅 c. 工艺上通常使用氢氟酸缓冲液以提高可控性
b. 干法刻蚀：采用气态的化学气体进行薄膜刻蚀
(2) 各向同性刻蚀与各向异性刻蚀 a. 各向同性刻蚀：薄膜在各个方向上都受到同样的刻蚀 b. 各向异性刻蚀：薄膜在各个方向上所受刻蚀不等
实际刻蚀剖面
3、刻蚀工艺的品质因数
(1) 刻蚀速率：单位时间刻蚀的厚度。
a. 横向刻蚀速度 RL ——决定了刻蚀后剖面形貌和“钻蚀”程度
e. 单片刻蚀。
3、化学性刻蚀
(1) 机理：
(2) 设备： 高压等离子体刻蚀机（真空度102～10-1 Torr） (3) 特点：
a. 主要依靠化学反应进行刻蚀，选择性好； b. 离子的能量很小，各向异性差； c. 对基底的损伤小；
d. 刻蚀速度低。
(4) 举例
以CF4为刻蚀气体刻蚀Si 为例
三、干法刻蚀
1、特点:
a. 优点: 各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性 好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液， 处理过程未引入污染，洁净度高。 b. 缺点： 成本高，设备复杂。 利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻蚀。
干法刻蚀
物理性刻蚀
化学性刻蚀
反应离子刻蚀
2、物理性刻蚀
4、物理化学性刻蚀
(1) 机理： 物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的刻蚀。 (2) 设备： 反应离子刻蚀机（RIE)（真空度10-1～10-2 Torr） 传统的RIE设备结构简单、价格较低廉。通过适当选择 反应气体、气压、流量和射频功率，可以得到较快的刻 蚀速率和良好的各向异性。 (3) 特点： a. 选择比较高； b. 各向异性较好， c. 刻蚀速度较快
• 自偏压Vp是正值，以使电
子和离子流量相等。
• 对于高压等离子体刻蚀机 结构： 上下极板面积相等， 虽然仍有离子轰击极板，但 此时能量很小，化学反应和 各向同性刻蚀为主。
(5) 反应离子刻蚀机RIE a. 在RIE设备中，使用非对称腔体。 b. 为了保持电流连续性，小电极处应有更高的电场
(更高的RF电流密度）。 c.
b. 纵向刻蚀速度 RV ——决定了刻蚀工艺的产率
(2) 选择比：不同材料的刻蚀速率比. (3) 钻刻：掩膜材料下的侧向刻蚀。
各向异性度：
A=0, 各向同性刻蚀 A=1, 理想的各向异性刻蚀
1>A>0 ，实际的各向异性刻蚀
• 选择性和方向性通常是最为关心的问题。 • 化学过程；物理过程。
4、均匀性：
5、VLSI对图形转移的要求
(1) 获得满意的剖面（倾斜或垂直）
(2) 钻刻最小
(3) 选择比大 (4) 刻蚀均匀性好，重复性高 (5) 对表面和电路的损伤最小 (6) 清洁、经济、安全。
二、湿法刻蚀
1、湿法刻蚀:
利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除
未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。
2、三个步骤：
(1) 机理：利用辉光放电将惰性气体解离成带正电的离子，再利 用偏压将离子加速，轰击被刻蚀物的表面，并将被刻 蚀物材料的原子击出。 (2) 设备： 离子铣（真空度10-3～10-5 Torr）
(3) 特点：
a. 纯粹的机械过程，对所有材料都可实现强的各向异性刻蚀。 b.选择比差； c.刻出物易再淀积； d.易对下面结构造成损伤；
■ ��� 小结
参考资料：
《微电子制造科学原理与工程技术》第11章
（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）
一、 概述
1、 刻蚀：
就是通过物理和/或化学方法将下层材料中没有被上 层掩蔽膜材料掩蔽的部分去掉， 从而在下层材料上 获得与掩蔽膜图形完全对应的图形。
2、刻蚀工艺的分类
(1) 湿法刻蚀与干法刻蚀 a. 湿法刻蚀：采用液态化学试剂进行薄膜刻蚀
用Cl2等离子体对多晶硅进行刻蚀， Cl2与多晶硅的反 应方程式如下所示： Cl2 →2Cl Si+2Cl →SiCl2
SiCl2 +2Cl →SiCl4
SiCl2会形成一层聚合物保护膜，反应方程式如下： n SiCl2 → n(SiCl2)
4．单晶硅的刻蚀 单晶硅刻蚀主要用于制作沟槽，如器件隔离 沟槽或垂直电容的制作。硅槽的刻蚀要求对每一个 沟槽都进行精确的控制，要求有一致的光洁度、接 近的垂直侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角和底 角，因此需采用多步工艺，并对最后一步进行优化。 浅槽的刻蚀气体多用氟气，深槽常使用氯基或溴基 气体。
3、Arrhenius方程：
(1) 刻蚀速率： R = R0exp(-Ea/kT)
其中R0是与刻蚀液浓度有关的常数；Ea是化学反应的
激活能，它与被刻蚀物种类、杂质含量有关。 (2) 速率控制方法： a. 刻蚀溶液的种类 b. 溶液的浓度 c. 反应温度 d. 搅拌
回顾
• • • • 1、真空的分类？ 2、真空区域的划分？ 3、真空泵的分类？ 4、哪些工艺或器件需要真空？
真空度的单位
• 自然真空：宇宙空间所存在的真空； • 人为真空：用真空泵抽调容器中的气体 所获得的真空。
几种压强单位的换算关系
真空区域的划分
• • • • 粗真空：1×105～ 1×102 Pa。 低真空： 1×102～ 1×10－1 Pa。 高真空： 1×10－1 ～ 1×10－6 Pa。 超高真空：< 1×10－6 Pa。
刻蚀多晶硅（或硅）通常是一个三步工 艺过程： 1）预刻蚀，用于去除自然氧化层、硬的 掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀； 2）接下来是刻至终点的主刻蚀。这一步 用来刻蚀掉大部分的多晶硅膜，并不损伤栅 氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面；
3）最后是过刻蚀，用于去除刻蚀残留物和剩余 多晶硅，并保证对栅氧化层的高选择比。 多晶硅刻蚀气体传统上是氟基气体，在刻蚀硅 的过程中氟原子起作用。采用氯或溴化学气体可以 产生各向异性刻蚀和对氧化硅有好的选择比。
7）不会腐蚀金属。
①铝的刻蚀。 铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低、易 于淀积和刻蚀等优点。铝刻蚀通常采用加入卤化物的氯基气 体，最常用的是BCl3。因为铝在常温下表面极易氧化生成氧 化铝，氧化铝阻碍了刻蚀的正常进行，而BCl3可将自然氧化 层还原、保证刻蚀的进行，而且BCl3还容易与氧气和水反应 ，可吸收反应腔内的水汽和氧气，从而降低氧化铝的生成速 率。
真空泵的分类
机械泵 气体传输泵 扩散泵 分子泵 常用真空泵 钛升华泵 的分类
气体捕获泵 溅射离子泵
低温冷凝泵
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
真空的测量
U型压力计
绝对真空计
真空测量
压缩式真空计 放电真空计 相对真空计 热传导真空计 电离真空计
刻蚀工艺
刻蚀工艺
■ 概述
■ ��� 湿法刻蚀 ■ ��� 干法刻蚀
b. 共同特点：
(8) a. 优点： 刻蚀速度高；
HDP的优缺点
损伤小；
选择比好； 各向异性强； b. 缺点： 高的离子流量容易对浮空结构（尤其是MOS管中的栅） 充电，可能会在栅绝缘中导致过多的漏电。
(9)
刻蚀方法的比较
四 干法刻蚀的应用
一个成功的干法刻蚀要求：
1. 对不需要刻蚀的材料（主要是光刻胶和下层材料） 的高选择比； 2．获得可接受的产能的刻蚀速率；
d. 温度：35∼60º C
氮气出口 冷凝水出口 氮气
冷凝洄流管道 冷凝水 温控温度计 冷凝水入口 气体 流量 控制 计
磨沙密封口
氮气入口
硅片 腐蚀液 甘油池 石英提篮 石英支架 搅拌器转子 加热电炉
继电器 电源
随着特征尺寸的下降，湿法工艺不能满足要求， 寻求新的工艺----> 等离子体干法刻蚀，在1969引 入半导体加工，在70年代开始广泛应用。
配方为：HF:NH4F: H2O=3ml:6gwenku.baidu.com10ml
HF ⇔ H+ + F-
(2) 硅的刻蚀
a. 硝酸、氢氟酸与醋酸的混合液进行刻蚀： Si + HNO3 + 6HF = H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O b. 反应原理： I. 硝酸将表面的硅氧化成SiO2 ; II.氢氟酸将生成的SiO2除去
V1/V2 ≈[A2/A1]4 可达100～ 1000ev比 0～ 100ｅｖ．
d. 自由基反应各向同性，
高能离子轰击各向异性刻蚀。
(6) RIE的不足： a. 射频等离子体的离化率较低. b. 刻蚀速度↑ → 等离子体密度↑，
但同时离子轰击的能量↑ ，→轰击损伤↑;
c. 随着线条尺寸↓，刻蚀图形的深宽比↑,要求气压↓
(3) 氮化硅的刻蚀 a. 可采用SiO2作掩蔽膜, 在180℃磷酸溶液中进行刻蚀。 b. Si3N4, SiO2, Si在180℃磷酸中的刻蚀速率
(4) 铝的刻蚀
a. 刻蚀液：磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液。
b. 原理：
I. 由硝酸与铝反应生成氧化铝;
II. 磷酸和水分解氧化铝。 c. 掩蔽膜：光刻胶
3．好的侧壁剖面控制；
4．好的片内均匀性； 5．低的器件损伤； 6. 宽的工艺制造窗口。
1．介质的干法刻蚀
氧化物
刻蚀氧化物通常是为了制作接触孔和通孔。氧化物等
离子体刻蚀工艺通常采用氟碳化合物化学气体。加入缓冲
气体用于稀释刻蚀气体的浓度可以增加刻蚀的均匀性。
2．氮化硅
在硅片制造过程中用到两种基本的氮化硅。一种是在 700~800℃下用 LPCVD 淀积的，另一种是在低于 350℃下用 PECVD淀积的。后一种氮化硅膜的刻蚀速率较快。刻蚀氮 化硅常用的主要气体是CF4。
3．多晶硅栅刻蚀 在MOS器件中，掺杂的LPCVD多晶硅是用作栅 极的导电材料。掺杂多晶硅线宽决定了有源器件的栅 长，并会影响晶体管的性能（见图12.17）。多晶硅栅 的刻蚀工艺必须对下层栅氧化层有高的选择比并具有 非常好的均匀性和重复性。同时也要求高度的各向异 性，因为多晶硅栅在源/漏的注入过程中起阻挡层的作 用。倾斜的侧壁会引起多晶硅栅结构下面部分的掺杂
→离子的自由程↑→确保刻蚀的垂直度，
但在此气压下，等离子体密度↓↓，刻蚀效率↓。
d. 工作气压较高，离子沾污较大。
(7) 高密度低压等离子体(HDP)刻蚀机 a.
真空度10－2～10－4Torr
包括电子回旋共振式ECR、感应耦合式ICP、螺旋波式HWP 利用交叉的电场和磁场→电子在等离子体中的行程↑ →电 子和原子间碰撞↑ → 等离子体中自由基和离子的密度↑ 。 使用额外的RF电源给硅片提供衬底偏压。
膜层厚度的不均匀+刻蚀速率的不均匀→图形转移尺寸的不均匀 设：平均膜厚h，厚度变化因子δ， 0≤ δ ≤1；
最厚处为h（1+δ），最薄处h（1-δ）；
平均刻蚀速率v，速度变化因子ζ， 0≤ ζ ≤1； 最大为v(1+ζ)，最小为v(1-ζ)； 刻蚀最厚处所需时间； tM=h(1+δ)/v(1-ζ) 刻蚀最薄处所需时间； tm= h(1-δ)/v(1+ζ) 存在时间差：tM- tm = 2h(ζ+δ)/v(1+ζ)
(4) 离子轰击的作用： a. 将被刻蚀材料表面的原子键破坏； b. 将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉,使被刻蚀
表面能再与刻蚀气体接触；
• RIE中的物理损
伤和杂质驱进。
• 在含碳的RIE刻 蚀后，顶部30埃 由于过量浓度的 Si-C键引起严重
损伤，损伤和H
的穿透可达300 埃深。 • H的穿透可以降 低衬底掺杂的活 性。
在互连线金属刻蚀中的一个难点是VLSI / ULSI技术中常用的多层金属复合膜的复杂性，在复 合膜中常常有抗反射的TiN或其他材料层和下面的粘 附阻挡层，这些都增加了刻蚀工艺的复杂性。可以
5．金属的干法刻蚀 金属刻蚀的要求主要有以下几点： 1）高刻蚀速率（大于1000nm/min）； 2）对下面层的高选择比，对掩蔽层（大于4:1） 和层间介质层（大于20:1）； 3）高的均匀性，且CD控制很好，没有微负载效 应；
4）没有等离子诱导充电带来的器件损伤；
5）残留物污染少；
6）快速去胶；
说明
I. 刻蚀液的选用：选择比大。
II. 掩蔽膜的选用：
III. 主要优点：
粘附性；稳定性；抗蚀性好；
设备简单，成本底，产量高，并且具有很好的刻
蚀选择比，重复性好。
IV. 主要缺点
各相同性的，钻蚀严重，对图形的控制性较差。 安全性、洁净性差。
4、几种常见物质的刻蚀：
(1) SiO2的刻蚀 a. 氢氟酸可以在室温下与SiO2快速的反应，而不会刻蚀硅： SiO2 + 6HF = H2SiF6 + 2H2O b. 掩蔽膜：光刻胶、氮化硅、多晶硅 c. 工艺上通常使用氢氟酸缓冲液以提高可控性
b. 干法刻蚀：采用气态的化学气体进行薄膜刻蚀
(2) 各向同性刻蚀与各向异性刻蚀 a. 各向同性刻蚀：薄膜在各个方向上都受到同样的刻蚀 b. 各向异性刻蚀：薄膜在各个方向上所受刻蚀不等
实际刻蚀剖面
3、刻蚀工艺的品质因数
(1) 刻蚀速率：单位时间刻蚀的厚度。
a. 横向刻蚀速度 RL ——决定了刻蚀后剖面形貌和“钻蚀”程度
e. 单片刻蚀。
3、化学性刻蚀
(1) 机理：
(2) 设备： 高压等离子体刻蚀机（真空度102～10-1 Torr） (3) 特点：
a. 主要依靠化学反应进行刻蚀，选择性好； b. 离子的能量很小，各向异性差； c. 对基底的损伤小；
d. 刻蚀速度低。
(4) 举例
以CF4为刻蚀气体刻蚀Si 为例
三、干法刻蚀
1、特点:
a. 优点: 各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性 好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液， 处理过程未引入污染，洁净度高。 b. 缺点： 成本高，设备复杂。 利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻蚀。
干法刻蚀
物理性刻蚀
化学性刻蚀
反应离子刻蚀
2、物理性刻蚀
4、物理化学性刻蚀
(1) 机理： 物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的刻蚀。 (2) 设备： 反应离子刻蚀机（RIE)（真空度10-1～10-2 Torr） 传统的RIE设备结构简单、价格较低廉。通过适当选择 反应气体、气压、流量和射频功率，可以得到较快的刻 蚀速率和良好的各向异性。 (3) 特点： a. 选择比较高； b. 各向异性较好， c. 刻蚀速度较快
• 自偏压Vp是正值，以使电
子和离子流量相等。
• 对于高压等离子体刻蚀机 结构： 上下极板面积相等， 虽然仍有离子轰击极板，但 此时能量很小，化学反应和 各向同性刻蚀为主。
(5) 反应离子刻蚀机RIE a. 在RIE设备中，使用非对称腔体。 b. 为了保持电流连续性，小电极处应有更高的电场
(更高的RF电流密度）。 c.
b. 纵向刻蚀速度 RV ——决定了刻蚀工艺的产率
(2) 选择比：不同材料的刻蚀速率比. (3) 钻刻：掩膜材料下的侧向刻蚀。
各向异性度：
A=0, 各向同性刻蚀 A=1, 理想的各向异性刻蚀
1>A>0 ，实际的各向异性刻蚀
• 选择性和方向性通常是最为关心的问题。 • 化学过程；物理过程。
4、均匀性：
5、VLSI对图形转移的要求
(1) 获得满意的剖面（倾斜或垂直）
(2) 钻刻最小
(3) 选择比大 (4) 刻蚀均匀性好，重复性高 (5) 对表面和电路的损伤最小 (6) 清洁、经济、安全。
二、湿法刻蚀
1、湿法刻蚀:
利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除
未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。
2、三个步骤：
(1) 机理：利用辉光放电将惰性气体解离成带正电的离子，再利 用偏压将离子加速，轰击被刻蚀物的表面，并将被刻 蚀物材料的原子击出。 (2) 设备： 离子铣（真空度10-3～10-5 Torr）
(3) 特点：
a. 纯粹的机械过程，对所有材料都可实现强的各向异性刻蚀。 b.选择比差； c.刻出物易再淀积； d.易对下面结构造成损伤；
■ ��� 小结
参考资料：
《微电子制造科学原理与工程技术》第11章
（电子讲稿中出现的图号是该书中的图号）
一、 概述
1、 刻蚀：
就是通过物理和/或化学方法将下层材料中没有被上 层掩蔽膜材料掩蔽的部分去掉， 从而在下层材料上 获得与掩蔽膜图形完全对应的图形。
2、刻蚀工艺的分类
(1) 湿法刻蚀与干法刻蚀 a. 湿法刻蚀：采用液态化学试剂进行薄膜刻蚀
用Cl2等离子体对多晶硅进行刻蚀， Cl2与多晶硅的反 应方程式如下所示： Cl2 →2Cl Si+2Cl →SiCl2
SiCl2 +2Cl →SiCl4
SiCl2会形成一层聚合物保护膜，反应方程式如下： n SiCl2 → n(SiCl2)
4．单晶硅的刻蚀 单晶硅刻蚀主要用于制作沟槽，如器件隔离 沟槽或垂直电容的制作。硅槽的刻蚀要求对每一个 沟槽都进行精确的控制，要求有一致的光洁度、接 近的垂直侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角和底 角，因此需采用多步工艺，并对最后一步进行优化。 浅槽的刻蚀气体多用氟气，深槽常使用氯基或溴基 气体。