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。
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原文标题:干法蚀刻异向机制的原理解析
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