干法蚀刻(dry etch)与湿法蚀刻(wet etch)原理(2)

2023-03-22 15:42:58

    化学蚀刻主要用含碳氟气体(CxFr),基本原理是F自由基与Si结合生成气态的SiF4碳氟气体(CF4,CHF3,C3F:等)在化学蚀刻过程中生成的不饱和物质会发生链化反应生成聚合物(polymer),沉积在侧壁的 polymer会阻止横向蚀刻的进行,这对吃出高的深宽比形貌有利,但沉积在电极和 chamber里的polymer是defectsource,掉下来就会形成surfaceparticle和pattern fail,这是dryetch两种典型的defect。氟碳比(F/C)决定polymer的生成,其中F/C越小,生成的polymer越多,反之F/C越大,生成的polymer越少,其中的原理是F主要与Si反应生成SiF4,C是形成polymer的源头,c含量越高,polymer越多,至于为什么是c生成polymer,这涉及到高分子材料的知识,这里就不仔细介绍。
 
         polymer是把双刃剑,在蚀刻recipe中,要控制好polymer的生成量,过多或过少都会影响蚀刻结果,一般通过添加氢气(H2)和氧气(02)控制polymer的量,氧气的作用是清除polymer,氢气的作用是增加polymer的生成,为什么02可以清除polymer?H2可以增加polymer的含量?这涉及到化学反应方面的知识了。
     
 
 
 
 
        反应离子蚀刻的原理是综合物理和化学蚀刻的过程,一般的干法蚀刻都是反应性离子蚀刻,单纯的物理和化学蚀刻很少在工业上应用。
       反应离子蚀刻(RIE)的名称可能是有些误导。这种类型的蚀刻工艺的正确名称应为离子辅助蚀刻,因为在此蚀刻工艺中的离子不一定有化学反应。例如在许多情况下氩离子被用来增加离子轰击。而作为一种惰性原子,氩离子是没有化学反应的。大多数蚀刻制程中的化学活性物是中性的自由基。在半导体蚀刻加工等离子体中,中性的自由基的浓度比离子浓度高得多。这是因为电离活化能明显高于解离的活化能,而物种浓度与活化能指数相关。

2. 湿法刻蚀

 

图1 湿法刻蚀工艺流程。(a)湿法刻蚀;(b)冲洗;(c)甩干