等離子體刻蝕工藝簡介

金屬刻蝕

鋁刻蝕可以使用多種不同的酸，其中最普遍的混合液是以磷酸(H3P04,80%)、醋酸(CH3COOH,5%)、硝酸(HN03,5%)和水(H20,10%)所組成的混合物。45乜時，純鋁的刻蝕速率大約為3000A/mino鋁刻蝕的機制和硅刻蝕類似:HN0使鋁氧化并形成鋁的氧化物,而H3PO4會溶解A12O3,氧化和氧化物溶解這兩個過程同時進行。

先進IC生產(chǎn)中，鋁圖形化的刻蝕不再使用濕法過程，濕式過程只用來測試PVD鋁薄膜的質(zhì)量，但有一些小公司和大學(xué)實驗室仍使用這種工藝。

先進半導(dǎo)體制造中最普遍使用的金屬濕法刻蝕是在鎳金屬硅化物形成后的鎳剝除(見下圖)。一般使用雙氧水(H2O2)和硫酸(H2SO4)形成1：1混合液選擇性刻蝕掉鎳金屬，這樣可以使二氧化硅和硅化鎳保持完整。這種刻蝕過程和其他金屬濕式刻蝕類似。當(dāng)H2O2氧化金屬鎳形成NiO時，H2SO4與Ni()2反應(yīng)形成可溶解的NiSO4。

醋酸(CH3COOH；濃度為4%?10%的水溶液，也就是醋)是一種腐蝕性和易燃液體，具有強烈的醋味。直接接觸醋酸會引起化學(xué)灼傷。高濃度的醋酸氣體會導(dǎo)致咳嗽、胸痛、反胃和嘔吐。過氧化氫(H2O2)是一種氧化劑，直接接觸會造成皮膚和眼睛的刺激和灼傷。高濃度H2O2氣體會造成鼻子和咽喉嚴(yán)重不適。

H2O2很不穩(wěn)定且在儲藏時會自行分解。硫酸(H2SO4)具有腐蝕性，直接接觸會造成皮膚灼傷，即使是稀釋后的硫酸也會引起皮膚疹。高濃度的硫酸氣體會造成皮膚、眼睛和肺的嚴(yán)重化學(xué)灼傷。

等離子體(干法)刻蝕工藝

等離子體刻蝕簡介

干法刻蝕工藝使用氣態(tài)化學(xué)刻蝕劑與材料產(chǎn)生反應(yīng)來刻蝕材料并形成可以從襯底上移除的揮發(fā)性副產(chǎn)品。等離子體產(chǎn)生促進化學(xué)反應(yīng)的自由基，這些自由基能顯著增加化學(xué)反應(yīng)的速率并加強化學(xué)刻蝕。等離子體同時也會造成晶圓表面的離子轟擊，離子轟擊不但能物理地從表面移除材料，而且能破壞表面原子的化學(xué)鍵，并顯著提高刻蝕的化學(xué)反應(yīng)速率。這也是為什么一般干法刻蝕都是等離子體刻蝕的緣故。

20世紀(jì)80年代后，當(dāng)圖形尺寸小于3am時，等離子體刻蝕逐漸取代濕法刻蝕成為所有圖形化刻蝕的技術(shù)。濕法刻蝕的等向性刻蝕輪廓無法達到小的幾何圖形需求。由于離子轟擊會伴隨等離子體的存在，所以等離子體刻蝕是一個非等向性刻蝕過程，它的橫向刻蝕深度和CD損失遠(yuǎn)比濕法刻蝕小。下表是濕法和干法刻蝕對照表。

等離子體刻蝕基本概念

等離子體為一種帶有等量正電荷和負(fù)電荷的離子化氣體，由離子、電子和中性的原子或分子組成。等離子體中三個重要的碰撞為離子化碰撞、激發(fā)-松弛碰撞和分解碰撞。這些碰撞分別產(chǎn)生并維持等離子體，造成氣體輝光放電并產(chǎn)生增強化學(xué)反應(yīng)的自由基。

平均自由程（MFP）是一個粒子與另外一個粒子碰撞前移動的平均距離。降低壓力將增加MFP和離子的轟擊能量，同時也能散射而形成垂直的刻蝕輪廓。

等離子體的電位通常比電極高，因為當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生時，質(zhì)量小且移動快的電子使得電極帶負(fù)電。較高的等離子體電位會產(chǎn)生離子轟擊，這是因為帶正電的離子被鞘層電位加速到低電位電極上。電容雙耦型等離子體中，增加射頻功率能增加離子轟擊的流量和能量，同時也能增加自由基的濃度。

由于刻蝕是一種移除過程，因此必須在較低壓力下進行。長平均自由程有助于離子轟擊和副產(chǎn)品的移除。某些刻蝕反應(yīng)室也使用磁場線圈產(chǎn)生磁場以增加低壓下（小于100mTorr）的等離子體密度。作為一種移除工藝，等離子體刻蝕比PECVD需要更多的離子轟擊。因此在一般的刻蝕中，晶圓都被放置在較小面積的電極上利用自偏壓獲得更強的離子轟擊。

低壓下維持高密度等離子體是刻蝕和CVD工藝過程的需要，然而一般使用的電容耦合型等離子體源無法產(chǎn)生高密度等離子體。感應(yīng)式耦合型等離子體（ICP）與電子回旋共振（ECR）等離子體源已被開發(fā)并應(yīng)用在IC制造中。經(jīng)過使用分開的偏壓射頻系統(tǒng)，ICP和ECR系統(tǒng)能獨立控制流量和離子轟擊能量。

審核編輯：劉清