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(gè)基本環(huán)節(jié)。首先,第一個(gè)環(huán)節(jié)是刻蝕氣體的處理,這些氣體在等離子體環(huán)境中會(huì)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(huì)朝著晶圓表面移動(dòng)。在這個(gè)階段,為了獲得具有深度的刻蝕形狀,較低的壓力環(huán)境是更為有利的。然而,壓力過低也會(huì)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(gè)合適的壓力平衡點(diǎn)。
隨后進(jìn)入的階段是,已經(jīng)抵達(dá)晶圓表面的Enchant與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),執(zhí)行實(shí)際的刻蝕工作。
此過程中,刻蝕反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物必須迅速?gòu)谋砻婷撾x并被有效排出。如果這些副產(chǎn)物未能及時(shí)清除,它們會(huì)重新沉積在晶圓上,阻礙刻蝕反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)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(dāng)使用氟類氣體刻蝕硅時(shí),反應(yīng)生成的副產(chǎn)物能更迅速地脫離晶圓表面。這一觀察結(jié)果可以作為我們選擇何種刻蝕氣體的一個(gè)重要依據(jù)。
各向異性的概念可以通過數(shù)學(xué)公式來精確描述,其核心在于強(qiáng)化縱向(即垂直方向)的刻蝕進(jìn)程,同時(shí)抑制橫向刻蝕的發(fā)生。簡(jiǎn)而言之,各向異性形狀的形成依賴于兩種主要機(jī)制共同作用。
第一種機(jī)制是離子轟擊效應(yīng),它不僅通過加速被刻蝕物表面的自由基反應(yīng)來促進(jìn)垂直方向的刻蝕,而且離子自身也直接參與到刻蝕反應(yīng)中。這種離子轟擊可以看作是鞘層電勢(shì)對(duì)離子的加速作用所產(chǎn)生的結(jié)果。
第二種機(jī)制則是側(cè)壁保護(hù)效應(yīng),它涉及到光刻膠濺射產(chǎn)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(cè)壁上形成一層保護(hù)膜。這層保護(hù)膜有效地阻止了橫向刻蝕的進(jìn)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(xié)同作用而得以實(shí)現(xiàn)的。
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原文標(biāo)題:干法蝕刻異向機(jī)制的原理解析
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