干法蚀刻异向机制的原理解析

无偏差的刻蚀过程，我们称之为各向异性刻蚀。为了更清晰地理解这一过程，我们可以将其拆解为几个基本环节。首先，第一个环节是刻蚀气体的处理，这些气体在等离子体环境中会被分解成离子、自由基等具有刻蚀作用的成分，我们称为“Enchant”。这是刻蚀过程的起始阶段。

紧接着，这些Enchant成分会朝着晶圆表面移动。在这个阶段，为了获得具有深度的刻蚀形状，较低的压力环境是更为有利的。然而，压力过低也会带来新的问题，比如放电困难以及等离子体难以维持。因此，需要找到一个合适的压力平衡点。

随后进入的阶段是，已经抵达晶圆表面的Enchant与被刻蚀材料发生化学反应，执行实际的刻蚀工作。

此过程中，刻蚀反应产生的副产物必须迅速从表面脱离并被有效排出。如果这些副产物未能及时清除，它们会重新沉积在晶圆上，阻碍刻蚀反应的持续进行。

以硅的刻蚀为例，四氯化硅（硅的氯化物）与四氟化硅（硅的氟化物）相比，后者的蒸气压更高。

这意味着，当使用氟类气体刻蚀硅时，反应生成的副产物能更迅速地脱离晶圆表面。这一观察结果可以作为我们选择何种刻蚀气体的一个重要依据。

各向异性的概念可以通过数学公式来精确描述，其核心在于强化纵向（即垂直方向）的刻蚀进程，同时抑制横向刻蚀的发生。简而言之，各向异性形状的形成依赖于两种主要机制共同作用。

第一种机制是离子轰击效应，它不仅通过加速被刻蚀物表面的自由基反应来促进垂直方向的刻蚀，而且离子自身也直接参与到刻蚀反应中。这种离子轰击可以看作是鞘层电势对离子的加速作用所产生的结果。

第二种机制则是侧壁保护效应，它涉及到光刻胶溅射产生的碳以及刻蚀气体中人为添加的某些成分，这些成分能够在侧壁上形成一层保护膜。这层保护膜有效地阻止了横向刻蚀的进行，从而确保了各向异性形状的形成。因此，可以说各向异性形状是通过这两种方法的协同作用而得以实现的。