在半导体制造过程中，刻蚀技术是一项至关重要的工艺，它用于在基板上精确地移除不需要的材料，从而形成复杂的电路图案。本文将详细介绍两种主流的刻蚀技术—电容耦合等离子体刻蚀（CCP）和电感耦合等离子体刻蚀（ICP），并探讨它们在不同材料刻蚀中的应用。
电容耦合等离子体刻蚀（CCP）
电容耦合等离子体刻蚀（CCP）是通过将射频电压通过匹配器和隔直电容施加到两个平行的平板电极上来实现的。这两个电极与等离子体共同构成了一个等效电容器。在这个过程中，射频电压会在电极附近形成一个电容性鞘层，该鞘层的边界随着电压的快速振荡而变化。当电子到达这个快速变动的鞘层时，它们会被反射并获得能量，进而引发气体分子的离解或电离，形成等离子体。CCP刻蚀通常应用于化学键能较高的材料，如电介质，但由于其较低的刻蚀速率，适用于要求精细控制的应用。
电感耦合等离子体刻蚀（ICP）
电感耦合等离子体刻蚀（ICP）则是基于交流电流通过线圈产生感应磁场的原理。在这个磁场的作用下，反应腔内的电子被加速并在感应电场中继续加速，最终与反应气体分子碰撞，导致分子离解或电离，形成等离子体。这种方式能够产生较高的离子化率，并且允许对等离子体密度和轰击能量进行独立调节，这使得ICP刻蚀非常适合于刻蚀化学键能较低的材料，例如硅和金属。此外，ICP技术还提供了更好的均匀性和刻蚀速率。
1.金属刻蚀
金属刻蚀主要用于互连线及多层金属布线的加工，其要求包括：高刻蚀速率、高选择比（对掩盖层大于4:1，对层间介质大于20:1）、高刻蚀均匀性、良好的关键尺寸控制、无等离子体损伤、残留污染物少以及不会腐蚀金属等。金属刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀设备。
铝的刻蚀：铝是芯片制造中后段最主要的导线材料，具有电阻低、易于沉积和刻蚀的优点。刻蚀铝通常利用氯化物气体（如Cl2）产生的等离子体。铝与氯反应生成具有挥发性的三氯化铝（AlCl3）。此外，还可以加入其他卤化物如SiCl4、BCl3、BBr3、CCl4、CHF3等，以去除铝表面的氧化层，保证刻蚀的正常进行。
钨的刻蚀：在多层金属导线互联结构中，钨是用于芯片的中段互联的主要金属。可以用氟基或氯基气体来刻蚀金属钨，但氟基气体对氧化硅的选择性较差，而氯基气体（如CCl4）则有更好的选择比。通常在反应气体中加入氮气来获得高的刻蚀胶选择比，加入氧气来减少碳的沉积。用氯基气体刻蚀钨可实现各向异性刻蚀和高选择比。干法刻蚀钨使用的气体主要是SF6、Ar及O2，其中SF6在等离子体中可被分解，以提供氟原子和钨进行化学反应产生氟化物。
氮化钛刻蚀：氮化钛作为一种硬掩膜材料，在双大马士革工艺中取代了传统的氮化硅或氧化层掩膜。氮化钛刻蚀主要用于硬掩膜开孔过程，主要反应产物为TiCl4。传统掩膜和低k介电层之间的选择比不高，会导致在刻蚀完成后出现低k介电层顶部圆弧状轮廓以及沟槽宽度扩大，沉积形成的金属线之间的间距过小，容易发生桥接漏电或直接击穿。
2.绝缘体刻蚀
绝缘体刻蚀的对象通常是二氧化硅或氮化硅等电介质材料，广泛应用于形成接触孔和通道孔，以便连接不同电路层。介质刻蚀通常采用电容耦合等离子体刻蚀原理的刻蚀机。
二氧化硅膜的等离子刻蚀：二氧化硅膜的刻蚀通常采用含有氟的刻蚀气体，如CF4、CHF3、C2F6、SF6和C3F8等。刻蚀气体中所含的碳可以与氧化层中的氧产生副产物CO及CO2，从而去除氧化层中的氧。CF4是最常用的刻蚀气体，当CF4与高能量电子碰撞时，就会产生各种离子、原子团、原子和游离基。氟游离基可以与SiO2和Si发生化学反应，生成具有挥发性的四氟化硅（SiF4）。
氮化硅膜的等离子刻蚀：氮化硅膜的刻蚀可以使用CF4或CF4混合气体（加O2、SF6和NF3）进行等离子体刻蚀。针对Si3N4膜，使用CF4—O2等离子体或其他含有F原子的气体等离子体进行刻蚀时，对氮化硅的刻蚀速率可达到1200Å/min，刻蚀选择比可高达20:1，主要产物为具有挥发性、便于被抽走的四氟化硅（SiF4）。
4.单晶硅刻蚀
单晶硅刻蚀主要用于形成浅沟槽隔离（STI）。这一过程通常包括突破过程和主刻蚀过程。突破过程使用SiF4和NF气体，通过强离子轰击和氟元素的化学作用去除单晶硅表面的氧化层；主刻蚀则采用溴化氢（HBr）作为主要刻蚀剂，HBr在等离子体环境中分解出的溴自由基与硅反应形成易挥发的四溴化硅（SiBr4），从而实现硅的去除。单晶硅刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀的刻蚀机。
5,多晶硅刻蚀
多晶硅刻蚀是决定晶体管栅极尺寸的关键工艺之一，而栅极尺寸直接影响集成电路的性能。多晶硅刻蚀需要有很好的选择比。通常选用卤素气体如氯气（Cl2）实现各向异性刻蚀，并且有很好的选择比（可达到10:1）。溴基气体如溴化氢（HBr）可得到更高的选择比（可达100:1）。HBr与氯气、氧气的混合气体则可以提高刻蚀速率。卤素气体与硅的反应产物沉积在侧墙上，起到保护作用。多晶硅刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀的刻蚀机。
无论是电容耦合等离子体刻蚀还是电感耦合等离子体刻蚀，都各自拥有独特的优点和技术特点。选择适合的刻蚀技术不仅可以提高生产效率，还能保证最终产品的良率。
