半導體制造技術之刻蝕工藝

AL刻蝕反應，氯氣作為主要的刻蝕氣體與鋁發生反應，生成可揮發的副產物ALCL3氣流被帶出反應腔，BCL3一方面提供BCL3+，垂直轟擊硅片表面，達到各向異性刻蝕，另一方面由于鋁的表面極易氧化成為氧化鋁，阻止了鋁和cl的接觸刻蝕進行，添加BCL3將這層氧化層還原，促進刻蝕進行。一般把反應腔的壓力控制在6-14mT。由于AL活潑的性質，AL刻蝕機臺自帶去除光刻膠的腔體。

trench ETCH中主要涉及的氣體有CF4、SF6、CHF3、O2、AR-S，其中SF6、CHF3、和O2用在主刻步，原因是F原子能產生很快的刻蝕反應，然后氣體中的碳元素可以對側壁進行鈍化，防止側壁被橫向侵蝕，提高各向異性；而側壁的形狀與硅片的溫度有關，增加溫度則側壁鈍化較少，橫向刻蝕增加，硅片的溫度可以通過氦氣背冷來控制；加入O2是為了提高刻蝕速率和增加對氧化硅的選擇比。poly ETCH中主要涉及的氣體有CF4、O2、AR-S、CL2、CF4、N2、HBR、HEO2，其中主刻步是CL2、CF4、N2、HBR、HEO2，使用CL2，是因為其能產生各向異性的硅側壁剖面并對氧化硅具有好的選擇比，HBR的使用也是相同的原理，另外CL2刻蝕時產生的聚合物淀積在側壁上，可以控制側壁形狀；CL2和HBR刻蝕的生成物SiCl4和SiBr4具有揮發性，可以被腔體抽走，減少污染。對于金屬AL ETCH，常采用氯基氣體如CL2和BCL3作為主刻步刻蝕氣體，CL2作為主要刻蝕氣體，BCL3用于還原氧化鋁，促進CL2刻蝕過程，并加入N2來減少負載效應和鈍化側壁。

金屬刻蝕中主要分為Al刻蝕和W刻蝕，Al刻蝕中主要刻蝕氣體為Cl2和BCl3，由于AlF3是低揮發性物質，因此不能采用CF4氣體，在PPTS—MEL01這個recipe中，Cl2和BCl3氣體流量比110:30，主刻步時間300s，W刻蝕常用氟化物作為腐蝕劑，通常使用SF6。

②均勻性和負載效應，均勻性衡量整個硅片上，片與片，或批與批之間刻蝕能力，其計算方法為測量點數中的最大值減去最小值，除以測量項的2倍平均值，即(max-min)/2avg*100%?。均勻性問題來源于刻蝕速率與圖形尺寸和密度的相關，刻蝕速率在小窗口圖形中慢，甚至在高深寬比的小尺寸圖形上停止，這種現象稱為微負載。刻蝕速率正比于刻蝕劑濃度，刻蝕硅片中的大面積區域，消耗的刻蝕基越多，刻蝕速率越慢，稱為宏觀負載。圖形密度不同導致刻蝕速率不同稱為微觀負載效應，圖形密集區域，消耗越多刻蝕基，刻蝕深度越小。在mos器件中，trench深度超出預期，反向耐壓變差，深度達不到預期，漂移區厚度增加，增大導通電阻。

Trench ETCH和poly ETCH本質上都是刻蝕Si，但需要區分開，其原因首先是（1）工藝要求不一樣，trench ETCH有形貌和傾斜度等要求，而poly ETCH一般只需要平著刻下去；（2）兩道刻蝕工藝使用的氣體有區別，trench ETCH使用的氣體有CF4、SF6、CHF3、O2、AR，而poly ETCH使用的氣體是CF4、CL2、HBR、HEO2、O2、AR-S。對于trench ETCH，預刻步主要使用CF4氣體，主刻步是使用SF6、CHF3和O2。對于poly ETCH，預刻步主要使用CF4、O2和AR-S，主刻步1使用CL2、CF4和N2，主刻步2使用CL2、HBR和HEO2。另外trench ETCH工藝中后面有底部刻蝕，而poly ETCH后面有過刻步。通過觀察trench ETCH不同深度的 process program，可以發現，如果需要刻蝕不同深度的trench，只需要調整過刻步的時間。