1、刻蚀速率刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用Å/min表示。※Å：埃米，1埃米Angstrom =1/10000000000米（10的负10次方）。刻蚀速率=△T/t（Å/min）△T=去掉的材料厚度（Å或μm） t=刻蚀所用的时间（分）※负载效应：刻蚀速率和刻蚀面积成反比。 2、刻蚀剖面
刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。
※各向同性和各向异性：各向同性，刻蚀在各个方向的速率一致；各向异性，刻蚀在各个方向的速率不一致。
3、刻蚀偏差
刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化。
刻蚀偏差=Wb－Wa
Wb=刻蚀前光刻胶的线宽
Wa=光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽
4、选择比
选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料的刻蚀速率比。
选择比SR=Ef/Er
磁力头Ef=被刻蚀材料的刻蚀速率
Er=掩蔽层材料的刻蚀速率（如光刻胶）
5、均匀性
刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数。
※ARDE，微负载效应。
6、残留物
刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料。它常常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形
的底部。
7、聚合物
聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体（如C2F4）和刻蚀生成物结合在一起形成的。
8、等离子体诱导损伤A、一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。B、另一种器件损伤是能量粒子对暴露的栅氧化层的轰击。发生在刻蚀时栅电极的边缘。 9、颗粒沾污和缺陷
等离子体带来的硅片损伤有时也由硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾污而引起的。由于电势的差异，颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。当没有等离子体时，这些颗粒就会掉到硅片表面。氟基化学气体等离子体比氯基或溴基等离子体产生较少的颗粒，因为氟产生的刻蚀生成物具有较高的蒸汽压。
干法刻蚀
tokyo hot n0643干法刻蚀是把硅片表面暴露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应（或同时有这两种反应），从而去掉暴露的表面材料。
干法刻蚀相对于湿法刻蚀的优点：
1、可是剖面可以各向异性也可以各向同性，可以非常好的控制侧壁剖面
2、好的CD控制
3、最小的光刻胶脱落或粘附问题
4、好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性
5、较低的化学制品使用和处理费用
缺点：
对下层材料的差的刻蚀选择比、等离子体带来的期间损伤和昂贵的设备
刻蚀作用：
刻蚀作用是指通过化学作用或物理作用，或者化学和物理的共同作用来实现的。在纯化学机理中，等离子体产生的反应元素（自由基和反应原子）与硅片表面的物质发生反应。物理机理的刻蚀，等离子体产生带能粒子（轰击的正离子）在强电场下朝硅片表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用取出未被保护的硅片表面材料。混合作用机理，其中离子轰击改善化学刻蚀作用，可是剖面可以通过调节离子体条件和气体组分从各向同性向各向异性改变，从而获得线宽控制和不错的选择比。
※干法刻蚀系统可以是各向同性或各向异性的刻蚀机，这取决于RF电场相对于硅片表面的方向。如果RF电场垂直于硅片表面，刻蚀作用就是物理作用和一些基本的化学反应；如果RF电场平行于硅片表面，物理刻蚀作用就很弱，因此刻蚀作用主要是表面材料和活性元素之间的化学反应。
电势分布：
等离子体辉光放电区域中的等离子体电势分布对刻蚀系统的刻蚀能力有很大的影响。这是因为轰击被刻蚀表面的颗粒能量和数量与电势分布有关。
※等离子体区域中的电势在系统中最大。
改变等离子体刻蚀参数的影响
刻蚀参数的增加或减少 | 离子能量 | 直流偏置 | 刻蚀速率 | 选择比 | 物理刻蚀 |
RF频率 | 增加 | 减少 | 减少 | 减少 | 增加 | 减少 |
减少 | 增加 | 增加 | 增加 | 减少 | 增加 |
RF功率 | 增加 | 增加 | 增加 | 增加 | 减少 | 增加 |
减少 | 减少 | 减少 | 减少 | 增加 | 减少 |
直流偏置 | 增加 | 增加 | 增加 | 增加 | 减少 | 增加 |
减少 | 减少 | 减少 | 减少 | 增加 | 减少 |
电极尺寸 | 增加 | 减少 | 减少 | 减少 | 增加 | 减少 |
减少 | 增加 | 增加 | 增加 | 减少 | 增加 |
| | | | | | |
干法刻蚀的应用
一个成功的干法刻蚀要求：
1、对不需要刻蚀的材料的高选择比
2、获得可以接受的产能的刻蚀速率
3、好的侧壁剖面控制
4、好的片内均匀性
5、低的器件损伤
捆扎胶带6、宽的工艺制造窗口
※对于每一种特殊的干法刻蚀应用，关键的刻蚀工艺参数通过工艺优化来确定。
干法刻蚀的前置参数：
设备参数： | 工艺参数： | 其他相关因素： |
●设备设计 ●电源 ●电源频率 ●压力 ●温度 ●气流速率 ●真空状况 ●工艺菜单 | ●等离子体——表面相互作用 —表面材料 —表面温度 —表面电荷 —表面形貌 ●化学和物理要求 ●时间 | ●净化间规范 ●操作过程 ●维护过程 ●预防维护计划 |
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质量指标： |
●刻蚀速率 ●选择比 ●均匀性 ●特性曲线 ●关键尺寸 ●残留物 |
|
硅的干法刻蚀：
硅的等离子体干法刻蚀是硅片制造中的一项关键工艺技术，用等离子体刻蚀的两个主要硅层是制作MOS栅结构的多晶硅栅和制作器件隔离或DRAM电容结构中的单晶硅槽。
◆多晶硅栅刻蚀：在MOS器件中，掺杂的LPCVD多晶硅是用做栅极的导电材料。
掺杂多晶硅线宽决定了有源器件的栅长，并会影响晶体管的性能。刻蚀多晶硅（硅）通常是一个三步工艺工程。这使得在不同的刻蚀步骤中能对各向异性刻蚀和选择比进行优化。这三个步骤是：A、第一步是预刻蚀，用于去除自然氧化层、硬的掩蔽层（如SiON）和表面污染物来获得均匀的刻蚀。B、接下来的是刻蚀至终点的主刻蚀。这一步用来刻蚀掉大部分的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。C、最后一步是过刻蚀，用于去除刻蚀残留物和剩余的多晶硅，并保证对栅氧化层的高选择比，这一步应避免在多晶硅周围的栅氧化层形成微槽。
※多晶硅栅是难以刻蚀的结构，在刻蚀过程中需要仔细且精密。具有0.15μm特征尺寸器件的栅氧化层厚度是20～30Å（等于6到10个氧化硅原子层的厚度）。氧化硅厚度的损伤不得超过5Å（大约1.5个氧化硅原子层）。为了防止栅氧化层的穿透，刻蚀的选择比要大于150:1；为了去除刻蚀残留物和多余的多晶硅，过刻的选择比要大于250:1。
◆单晶硅的刻蚀：单晶硅刻蚀主要用于制作沟槽，如器件隔离沟槽或高密度DRAM IC中的垂直电容的制作。
※在集成电路中硅槽的刻蚀要求对每一个沟槽都进行精确地控制。在微米甚至亚微米结构
中，每个沟槽都要求一致的光洁度、接近垂直的侧壁、正确的深度和圆滑的沟槽顶角和底角。
金属的干法刻蚀
金属刻蚀的一个主要应用是作为金属互联线的铝合金刻蚀。
金属刻蚀的要求主要有以下几点：
1、裁板机刀片高刻蚀速率（大于1000nm/min）。
2、对下面层的高选择比，对掩蔽层（大于4:1）和层间介质层（大于20:1）。
3、高的均匀性，且CD控制很好，没有微负载效应（在硅片上的任何位置小于8%）。
4、没有等离子体诱导充电带来的期间损伤。
5、残留污染少（如铜硅残留物、显影液侵蚀和表面缺陷）。
6、快速去胶，通常是在一个专用的去胶腔体中进行，不会带来残留物污染。
7、不会腐蚀金属。
◆铝和金属复合层：通常用氯基气体来刻蚀铝。为了得到各向异性的刻蚀工艺，必须在刻蚀气体中加入聚合物（如CHF3或从光刻胶中获得的碳）来对侧壁进行钝化。
典型步骤：
1、取出自然氧化层的预刻蚀。
2、刻蚀ARC层（可能与上一步结合起来）。
3、刻铝的主刻蚀。
4、去除残留物的过刻蚀，它可能是主刻蚀的延续。
5、阻挡层的刻蚀。
6、为防止侵蚀残留物的选择性去除。
7、去除光刻胶。
※等离子体去胶：去胶机是通过氧原子与光刻胶在等离子体环境中发生反应来去除光刻胶的。原子氧通过微波或RF能量分解氧分子而生成。也常常加入N2或H2来提高去胶性能并加强对残留聚合物的去除。光刻胶的基本成分是碳氢化合物。氧原子很快与光刻胶反应生成挥发性的一氧化碳和二氧化碳和水等主要生成物。这些生成物可以被真空系统抽走。
◆钨：钨是在多层金属结构中常用的一种用于通孔填充的重要金属。可用氟基或氯基气体来刻蚀钨。
※常常在氟基的刻蚀气体中加入N2来获得对光刻胶的好的选择比；有时加入O2来减少碳的沉积。氯基气体（如CL2和CCL4）能用来刻蚀钨并改善各向异性特性和选择比。
常见的干法刻蚀检查及故障排除方法
逗号刮刀问题 | 可能的原因 | 纠正措施 |
1．刻蚀速率不对 | A．RF功率发生变化 | 检查和修复RF发生器和匹配单元 |
B．温度不对 | 检查硅片背冷系统 |
C．压力有问题 | 校准真空计（如电容压力计）和压力控制系统 |
D．终点监测不能正常工作 | 检查终点监测系统 |
E．硅片间距不合适 | 检查硅片与电极的间距 |
F．气体流量不合适 | 校验气体运输系统 |
G．维护不当 | 湿法清洗腔体 |
H．刻蚀程序不对 | 校验工艺程序和参数 |
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2．选择比不够 | A．刻蚀速率太快 | 校验刻蚀速率 |
B．不适合的气体流量或压力 | 校正MFC和真空计 |
C．终点监测有问题 | 检验/校正终点检测 |
D．错误的硅片温度 | 检验硅片冷却系统 |
E．工艺程序不对 | 确认工艺程序和参数 |
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3．侧壁角度不合适 | A．侧壁沾污 | 检查腔体内的聚合物生成 | 介电常数测量
B．硅片温度 | 硅片的背面沾污引起加热不均匀 |
C．系统压力 | 检查/校正MFC和检漏以检查是否有沾污 |
D．工艺程序不对 | 工艺错误 |
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