半导体制造技术之刻蚀工艺

AL刻蚀反应，氯气作为主要的刻蚀气体与铝发生反应，生成可挥发的副产物ALCL3气流被带出反应腔，BCL3一方面提供BCL3+，垂直轰击硅片表面，达到各向异性刻蚀，另一方面由于铝的表面极易氧化成为氧化铝，阻止了铝和cl的接触刻蚀进行，添加BCL3将这层氧化层还原，促进刻蚀进行。一般把反应腔的压力控制在6-14mT。由于AL活泼的性质，AL刻蚀机台自带去除光刻胶的腔体。

trench ETCH中主要涉及的气体有CF4、SF6、CHF3、O2、AR-S，其中SF6、CHF3、和O2用在主刻步，原因是F原子能产生很快的刻蚀反应，然后气体中的碳元素可以对侧壁进行钝化，防止侧壁被横向侵蚀，提高各向异性；而侧壁的形状与硅片的温度有关，增加温度则侧壁钝化较少，横向刻蚀增加，硅片的温度可以通过氦气背冷来控制；加入O2是为了提高刻蚀速率和增加对氧化硅的选择比。poly ETCH中主要涉及的气体有CF4、O2、AR-S、CL2、CF4、N2、HBR、HEO2，其中主刻步是CL2、CF4、N2、HBR、HEO2，使用CL2，是因为其能产生各向异性的硅侧壁剖面并对氧化硅具有好的选择比，HBR的使用也是相同的原理，另外CL2刻蚀时产生的聚合物淀积在侧壁上，可以控制侧壁形状；CL2和HBR刻蚀的生成物SiCl4和SiBr4具有挥发性，可以被腔体抽走，减少污染。对于金属AL ETCH，常采用氯基气体如CL2和BCL3作为主刻步刻蚀气体，CL2作为主要刻蚀气体，BCL3用于还原氧化铝，促进CL2刻蚀过程，并加入N2来减少负载效应和钝化侧壁。

金属刻蚀中主要分为Al刻蚀和W刻蚀，Al刻蚀中主要刻蚀气体为Cl2和BCl3，由于AlF3是低挥发性物质，因此不能采用CF4气体，在PPTS—MEL01这个recipe中，Cl2和BCl3气体流量比110:30，主刻步时间300s，W刻蚀常用氟化物作为腐蚀剂，通常使用SF6。

②均匀性和负载效应，均匀性衡量整个硅片上，片与片，或批与批之间刻蚀能力，其计算方法为测量点数中的最大值减去最小值，除以测量项的2倍平均值，即(max-min)/2avg*100% 。均匀性问题来源于刻蚀速率与图形尺寸和密度的相关，刻蚀速率在小窗口图形中慢，甚至在高深宽比的小尺寸图形上停止，这种现象称为微负载。刻蚀速率正比于刻蚀剂浓度，刻蚀硅片中的大面积区域，消耗的刻蚀基越多，刻蚀速率越慢，称为宏观负载。图形密度不同导致刻蚀速率不同称为微观负载效应，图形密集区域，消耗越多刻蚀基，刻蚀深度越小。在mos器件中，trench深度超出预期，反向耐压变差，深度达不到预期，漂移区厚度增加，增大导通电阻。

Trench ETCH和poly ETCH本质上都是刻蚀Si，但需要区分开，其原因首先是（1）工艺要求不一样，trench ETCH有形貌和倾斜度等要求，而poly ETCH一般只需要平着刻下去；（2）两道刻蚀工艺使用的气体有区别，trench ETCH使用的气体有CF4、SF6、CHF3、O2、AR，而poly ETCH使用的气体是CF4、CL2、HBR、HEO2、O2、AR-S。对于trench ETCH，预刻步主要使用CF4气体，主刻步是使用SF6、CHF3和O2。对于poly ETCH，预刻步主要使用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工艺中后面有底部刻蚀，而poly ETCH后面有过刻步。通过观察trench ETCH不同深度的 process program，可以发现，如果需要刻蚀不同深度的trench，只需要调整过刻步的时间。