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干法蝕刻異向機制的原理解析

閃德半導體 ? 來源:閃德半導體 ? 2024-12-17 10:48 ? 次閱讀

無偏差的刻蝕過程,我們稱之為各向異性刻蝕。為了更清晰地理解這一過程,我們可以將其拆解為幾個基本環節。首先,第一個環節是刻蝕氣體的處理,這些氣體在等離子體環境中會被分解成離子、自由基等具有刻蝕作用的成分,我們稱為“Enchant”。這是刻蝕過程的起始階段。

緊接著,這些Enchant成分會朝著晶圓表面移動。在這個階段,為了獲得具有深度的刻蝕形狀,較低的壓力環境是更為有利的。然而,壓力過低也會帶來新的問題,比如放電困難以及等離子體難以維持。因此,需要找到一個合適的壓力平衡點。

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隨后進入的階段是,已經抵達晶圓表面的Enchant與被刻蝕材料發生化學反應,執行實際的刻蝕工作。

此過程中,刻蝕反應產生的副產物必須迅速從表面脫離并被有效排出。如果這些副產物未能及時清除,它們會重新沉積在晶圓上,阻礙刻蝕反應的持續進行。

以硅的刻蝕為例,四氯化硅(硅的氯化物)與四氟化硅(硅的氟化物)相比,后者的蒸氣壓更高。

這意味著,當使用氟類氣體刻蝕硅時,反應生成的副產物能更迅速地脫離晶圓表面。這一觀察結果可以作為我們選擇何種刻蝕氣體的一個重要依據。

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各向異性的概念可以通過數學公式來精確描述,其核心在于強化縱向(即垂直方向)的刻蝕進程,同時抑制橫向刻蝕的發生。簡而言之,各向異性形狀的形成依賴于兩種主要機制共同作用。

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第一種機制是離子轟擊效應,它不僅通過加速被刻蝕物表面的自由基反應來促進垂直方向的刻蝕,而且離子自身也直接參與到刻蝕反應中。這種離子轟擊可以看作是鞘層電勢對離子的加速作用所產生的結果。

第二種機制則是側壁保護效應,它涉及到光刻膠濺射產生的碳以及刻蝕氣體中人為添加的某些成分,這些成分能夠在側壁上形成一層保護膜。這層保護膜有效地阻止了橫向刻蝕的進行,從而確保了各向異性形狀的形成。因此,可以說各向異性形狀是通過這兩種方法的協同作用而得以實現的。

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原文標題:干法蝕刻異向機制的原理解析

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