干法蚀刻(dry etch)与湿法蚀刻(wet etch)原理(1))

2023-03-22 15:25:49

1.干法刻蚀

          干法刻蚀主要是指等离子体刻蚀,等离子体刻蚀主要采用两种放电模式,即电容耦合放电和电感耦合放电。在电容耦合放电模式中,等离子体在两块平行板电容中通过外加射频(RF)电源产生和维持放电,通常的气
压在数毫托至数十毫托,电离率小于10-5。在电感耦合放电模式中,一般在较低气压下(数十毫托),通过电感耦合输入能量来产生和维持等离子体,通常电离率大于10-5故又称为高密度等离子体。高密度等离子体源也可以通过电子回旋共振和回旋波放电得到。高密度等离子体通过外加射频或微波电源和基片上的射频偏压电源,独立控制离子流量和离子轰击能量,可以优化刻蚀工艺的刻蚀率和选择比,同时降低刻蚀损伤。
刻蚀过程
           等离子体刻蚀中,首先将刻蚀气体注入真空反应室。当压力稳定后再利用射频产生辉光放电等离子体。部分刻蚀剂受高速电子撞击后将分解产生自由基,接着自由基扩散到边界层下的晶圆表面并被表面吸附。在离子轰击作用下,自由基很快和表面的原子或分子发生反应而形成气态的副产品。从晶圆表面脱附而出的易挥发性副产品扩散穿过边界层进入对流气流中,并从反应室中排出。整个等离子体刻蚀过程如下图所示。
         
                  
 
 
       干法刻蚀工艺可以分为如下三种:纯化学刻蚀、纯物理刻蚀,以及介于两者之间的反应式离子刻蚀(ReactivelonEtch,RIE)。
 
                                         
 
 
        1)物理刻蚀:物理蚀刻主要依靠等离子体中的载能离子轰击被刻蚀材料的表面,溅射出的原子数量取决于入射粒子的能量和角度,也即是用plasma轰击wafer表面,粒子与粒子之间发生碰撞,达到蚀刻的目的,整个过程全部是物理变化,没有新的物质生成。物理蚀刻是各向异性的,蚀刻方向沿着plasma速度方向,其他方向基本没有蚀刻,物理蚀刻没有选择性,高能离子可能会损伤器件。物理蚀刻主要是用氩气(Ar)轰击wafer表面材料,由于Ar是惰性气体,不会影响 plasma的化学性质,物理蚀刻效果明显。
     
 
        2)化学刻蚀:化学蚀刻主要是用plasma与 wafer表面材料发生化学反应,生成副产物,然后被抽走的过程,化学蚀刻有个要求就是副产物主要是气体,容易被抽走,化学蚀刻是各项同性的,但蚀刻过程中会产生聚合物 polymer,会沉积在侧壁,实现各向异性的效果,通过调节化学蚀刻气体比例可以实现不同flim的选择比。
 
si(固态)+4F→SiF4(气态)
光刻胶+0(气态)→C02(气态)+H20(气态)