干法刻蝕和清洗（Dry Etch and Cleaning）

產(chǎn)業(yè)中的干法刻蝕主要是指等離子體刻蝕，即利用增強(qiáng)活性的等離子體對特定物質(zhì)進(jìn)行刻蝕。大規(guī)模生產(chǎn)工藝中的設(shè)備系統(tǒng)采用的是低溫非平衡態(tài)等離子體。等離子體刻蝕主要采用兩種放電模式，即電容耦合放電 ( Capacitiviely Coupled Plasma, CCP）和電感耦合放電 (Inductively Coupled Plasma, ICP)。在電容耦合放電模式中，等離子體在兩塊平行板電容中通過外加 RF 電源產(chǎn)生和維持放電，通常的氣壓在數(shù)十毫托至數(shù)毫托，電離率小于 10^(-5)。在電感耦合放電模式中，一般在較低氣壓下（數(shù)十亳托），通過電感耦合輸入能量來產(chǎn)生和維持等離子體，通常電離率大于10^(-5)，故又稱高密度等離子體。高密度等離子體源也可以通過電子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance, ECR）和回旋波(Helicon Wave）放電得到。高密度等離子體通過外加 RF 或微波電源和基片上的射頻偏壓電源，獨立控制離子流量和離子轟擊能量，可以優(yōu)化刻蝕工藝的刻蝕率和選擇比，同時降低刻蝕損傷。

干法刻蝕工藝流程為，將刻蝕氣體注入真空反應(yīng)室，待壓力穩(wěn)定后，利用射頻輝光放電產(chǎn)生等離子體；受高速電子撞擊后分解產(chǎn)生自由基，并擴(kuò)散到圓片表面被吸附。在離子轟擊作用下，被吸附的自由基與圓片表面的原子或分子發(fā)生反應(yīng)，從而形成氣態(tài)副產(chǎn)品，該副產(chǎn)品從反應(yīng)室中被排出。干法刻蝕工藝可以分為如下 4類。

（1）物理濺射刻蝕：主要依靠等離子體中的載能離子轟擊被刻蝕材料的表面，濺射出的原子數(shù)量取決于入射粒子的能量和角度。當(dāng)能量和角度不變時，不同材料的濺射率通常只有2~3倍的差異，因此沒有選擇性特征。反應(yīng)過程以各向異性為主。

(2）化學(xué)刻蝕：等離子體提供氣相的刻蝕原子和分子，與物質(zhì)表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生揮發(fā)性氣體，例如： Si(固態(tài)）+ 4F ——> SiF4（氣態(tài)） 光刻膠 + O（氣態(tài)）——> CO2（氣態(tài)）+ H2O（氣態(tài)） 這種純化學(xué)的反應(yīng)具有良好的選擇性，在不考慮晶格結(jié)構(gòu)時，呈現(xiàn)各向同性特征。


（3）離子能量驅(qū)動刻蝕：離子既是產(chǎn)生刻蝕的粒子，又是載能粒子。這種載能粒子的刻蝕效率比單純的物理或化學(xué)刻蝕要高一個量級以上。其中，工藝的物理和化學(xué)參數(shù)的優(yōu)化是控制刻蝕過程的核心。

（4) 離子-阻擋層復(fù)合刻蝕：主要是指在刻蝕過程中有復(fù)合粒子產(chǎn)生聚合物類的阻擋保護(hù)層。等離子體在刻蝕工藝過程中需要有這樣的保護(hù)層來阻止側(cè)壁的刻蝕反應(yīng)。例如，在Cl 和Cl2刻蝕中加入C，可以在刻蝕中產(chǎn)生氯碳化合物層來保護(hù)側(cè)壁不被刻蝕。 干法清洗 (Dry Cleaning）主要是指等離子體清洗。通過等離子體中的離子轟擊被清洗表面，加上激活狀態(tài)的原子、分子與被清洗表面相互作用，從而實現(xiàn)去除和灰化光刻膠。與干法刻蝕不同的是，干法清洗工藝參數(shù)中通常不包括方向的選擇性，因此工藝設(shè)計相對較為簡單。大生產(chǎn)工藝中，主要采用氟基氣體和氧或氫為反應(yīng)等離子體的主體，此外加入含有一定數(shù)量的氬等離子體，可以增強(qiáng)離子轟擊效果，從而提高清洗效率。

在等離子干法清洗工藝中，通常采用遠(yuǎn)程等離子體 （Remote Plasma）的方法。這是因為清洗工藝中希望降低等離子體的轟擊效果，以控制離子轟擊引起的損傷；而化學(xué)自由基的反應(yīng)得到增強(qiáng)，則可以提高清洗的效率。遠(yuǎn)程等離子體可以利用微波在反應(yīng)腔室外生成穩(wěn)定且高密度的等離子體，產(chǎn)生大量的自由基進(jìn)入反應(yīng)腔體實現(xiàn)清洗需要的反應(yīng)。產(chǎn)業(yè)中干法清洗氣源大多采用氟基氣體，如NF3等，在微波等離子體中有99%上的 NF3被分解。干法清洗工藝中幾乎沒有離子轟擊效應(yīng)，故有利于保護(hù)硅片免受損傷及延長反應(yīng)腔體壽命。

審核編輯 ：李倩