氟(F)系列气体:适用于刻蚀硅(Si)系列材料,如SiF4,生成的副产物易于气化。
氯(Cl)和溴(Br)等卤族元素化合物:可用于刻蚀多种材料,包括金属和绝缘体。
氧气(O2)、氮气(N2)和氢气(H2):用于调节蚀刻选择比和改善蚀刻性能。
惰性气体(如He、Ar、Xe):稳定等离子体,调节蚀刻速率和选择比。
被刻蚀材料 | 刻蚀物质 | 刻蚀副产物 | 用途 |
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Si | NF3,SF6,CF4,etc., Cl2, CCl4, HBr | SIF4(-86°C),SICl4(58°C),SiBr4 (154°C) | 绝缘潜沟槽隔离 |
SiO2 (Si3N4, SiON) | CF4, C4F6, C4F8, etc.,CHF3,CH2F2, CHF, etc. | SIF4 (-86°C), CO (-191°C),CO2(-57°C), HCN (26°C) | 电子元件/金属接触部分 |
Al | Cl2, BCl3 | AlCl3 (180°C) | 后道布线 |
Ti, TiN | Cl2, CCl4 | TICl3 (136°C) | 前中道布线 |
W | NF3,SF6,CF4 | WF6(19°C) | 前中道布线 |
PR(α-Carbon) | O2, N2, etc. | CO(-191°C),CO2 (-57°C), HCN (26°C) | 掩模 |
Cu,Fe,Ni,Co,Pt | 很难刻蚀 | Cu2Cl2(1490°C), Cu2F2 (1100°C) | 金属布线 |
对于高深宽比(aspect ratio)的蚀刻需求,可通过以下方式实现:
使用更强烈的物理轰击:增加离子能量,提高蚀刻的各向异性。
添加附加气体:如氢气(H2),可提高非等向性刻蚀的内壁。
调整蚀刻气体成分:如增加氟气中的碳比例,以提高SiO2的选择比。
绝缘材料(如SiO2)的去除:用于形成绝缘层、浅沟槽隔离(STI)等。
栅极结构:在HKMG(High-K Metal Gate)工艺中,刻蚀金属栅极位置。
金属接触部分:在BEOL(Back End Of the Line)工艺中,刻蚀金属布线。
掩模:在PR(α-Carbon)工艺中,刻蚀掩模图案。
蚀刻工艺在半导体制造中扮演着不可或缺的角色,通过精心选择和调配蚀刻气体,以及优化蚀刻参数,可以实现复杂结构的精细加工,推动半导体技术的发展。随着科技的进步,未来可能会出现更多新型蚀刻技术和材料,以应对不断增长的需求和挑战。