產業(yè)中的干法刻蝕主要是指等離子體刻蝕，即利用增強活性的等離子體對特定物質進行刻蝕。大規(guī)模生產工藝中的設備系統(tǒng)采用的是低溫非平衡態(tài)等離子體。等離子體刻蝕主要采用兩種放電模式，即電容耦合放電 ( Capacitiviely Coupled Plasma, CCP）和電感耦合放電 (Inductively Coupled Plasma, ICP)。在電容耦合放電模式中，等離子體在兩塊平行板電容中通過外加 RF 電源產生和維持放電，通常的氣壓在數十毫托至數毫托，電離率小于 10^(-5)。在電感耦合放電模式中，一般在較低氣壓下（數十亳托），通過電感耦合輸入能量來產生和維持等離子體，通常電離率大于10^(-5)，故又稱高密度等離子體。高密度等離子體源也可以通過電子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance, ECR）和回旋波(Helicon Wave）放電得到。高密度等離子體通過外加 RF 或微波電源和基片上的射頻偏壓電源，獨立控制離子流量和離子轟擊能量，可以優(yōu)化刻蝕工藝的刻蝕率和選擇比，同時降低刻蝕損傷。

干法刻蝕工藝流程為，將刻蝕氣體注入真空反應室，待壓力穩(wěn)定后，利用射頻輝光放電產生等離子體；受高速電子撞擊后分解產生自由基，并擴散到圓片表面被吸附。在離子轟擊作用下，被吸附的自由基與圓片表面的原子或分子發(fā)生反應，從而形成氣態(tài)副產品，該副產品從反應室中被排出。干法刻蝕工藝可以分為如下 4類。

（1）物理濺射刻蝕：主要依靠等離子體中的載能離子轟擊被刻蝕材料的表面，濺射出的原子數量取決于入射粒子的能量和角度。當能量和角度不變時，不同材料的濺射率通常只有2~3倍的差異，因此沒有選擇性特征。反應過程以各向異性為主。

(2）化學刻蝕：等離子體提供氣相的刻蝕原子和分子，與物質表面產生化學反應后產生揮發(fā)性氣體，例如： Si(固態(tài)）+ 4F ——> SiF4（氣態(tài)） 光刻膠 + O（氣態(tài)）——> CO2（氣態(tài)）+ H2O（氣態(tài)） 這種純化學的反應具有良好的選擇性，在不考慮晶格結構時，呈現各向同性特征。


（3）離子能量驅動刻蝕：離子既是產生刻蝕的粒子，又是載能粒子。這種載能粒子的刻蝕效率比單純的物理或化學刻蝕要高一個量級以上。其中，工藝的物理和化學參數的優(yōu)化是控制刻蝕過程的核心。

（4) 離子-阻擋層復合刻蝕：主要是指在刻蝕過程中有復合粒子產生聚合物類的阻擋保護層。等離子體在刻蝕工藝過程中需要有這樣的保護層來阻止側壁的刻蝕反應。例如，在Cl 和Cl2刻蝕中加入C，可以在刻蝕中產生氯碳化合物層來保護側壁不被刻蝕。 干法清洗 (Dry Cleaning）主要是指等離子體清洗。通過等離子體中的離子轟擊被清洗表面，加上激活狀態(tài)的原子、分子與被清洗表面相互作用，從而實現去除和灰化光刻膠。與干法刻蝕不同的是，干法清洗工藝參數中通常不包括方向的選擇性，因此工藝設計相對較為簡單。大生產工藝中，主要采用氟基氣體和氧或氫為反應等離子體的主體，此外加入含有一定數量的氬等離子體，可以增強離子轟擊效果，從而提高清洗效率。

在等離子干法清洗工藝中，通常采用遠程等離子體 （Remote Plasma）的方法。這是因為清洗工藝中希望降低等離子體的轟擊效果，以控制離子轟擊引起的損傷；而化學自由基的反應得到增強，則可以提高清洗的效率。遠程等離子體可以利用微波在反應腔室外生成穩(wěn)定且高密度的等離子體，產生大量的自由基進入反應腔體實現清洗需要的反應。產業(yè)中干法清洗氣源大多采用氟基氣體，如NF3等，在微波等離子體中有99%上的 NF3被分解。干法清洗工藝中幾乎沒有離子轟擊效應，故有利于保護硅片免受損傷及延長反應腔體壽命。

審核編輯 ：李倩