各类刻蚀工艺有何区别？

介质刻蚀一般为 电容耦合等离子体刻蚀机；硅，金属刻蚀一般为电感耦合等离子体刻蚀机。

1. CCP 刻蚀与 ICP 刻蚀的区别

1）电容耦合等离子体(Capacitively Coupled Plasma)刻蚀

电容耦合等离子体刻蚀（CCP）是通过匹配器和隔直电容把射频电压加到两块平行 平板电极上进行放电而生成的，两个电极和等离子体构成一个等效电容器。这种 放电是靠欧姆加热和鞘层加热机制来维持的。由于射频电压的引入，将在两电极 附近形成一个电容性鞘层，而且鞘层的边界是快速振荡的。当电子运动到鞘层边 界时，将被这种快速移动的鞘层反射而获得能量。电容耦合等离子体刻蚀常用于 刻蚀电介质等化学键能较大的材料，刻蚀速率较慢。

2）电感耦合等离子体 ICP(Inductively Coupled Plasma)刻蚀

电感耦合等离子体刻蚀(ICP)的原理，是交流电流通过线圈产生诱导磁场，诱导磁 场产生诱导电场，反应腔中的电子在诱导电场中加速产生等离子体。通过这种方 式产生的离子化率高，但是离子团均一性差，常用于刻蚀硅，金属等化学键能较 小的材料。电感耦合等离子体刻蚀设备可以做到电场在水平和垂直方向上的独立 控制，可以做到真正意义上的 De-couple，独立控制 plasma 密度以及轰击能量。

2. 单晶硅刻蚀

单晶硅刻蚀用于形成浅沟槽（STI），电容器的深沟槽。单晶硅刻蚀包括两个工艺 过程: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 氟元素化学作用移除单晶硅表面的氧化层；主刻蚀则一般采用溴化氢（HBr） 为 主要刻蚀剂，溴化氢在等离子体中分解释放溴元素自由基,这些自由基和硅反应形 成具有挥发性的四溴化硅（SiBr4）。单晶硅刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀 的刻蚀机。

3. 多晶硅刻蚀

多晶硅刻蚀是最重要的刻蚀工艺之一,因为它决定了晶体管的栅极，而对栅极尺寸 的控制很大程度上决定了集成电路的性能。多晶硅的刻蚀要有很好的选择比。通 常选用卤素气体，氯气可实现各向异性刻蚀并且有很好的选择比（可达到 10:1）； 溴基气体可得到 100:1 的选择比；HBr 与氯气，氧气的混合气体，则可以提高刻 蚀速率。而且卤素气体与硅的反应产物沉积在侧墙上，可起到保护作用。多晶硅 刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀的刻蚀机。

4. 金属刻蚀

金属刻蚀主要是互连线及多层金属布线的刻蚀，刻蚀的要求是：高刻蚀速率（大 于 1000nm/min）；高选择比，对掩盖层大于 4:1，对层间介质大于 20:1；高的刻蚀 均匀性；关键尺寸控制好；无等离子体损伤；残留污染物少；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的刻蚀机。

1） 铝的刻蚀

铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低，易于沉积和刻蚀的优点。刻 蚀铝，是利用氯化物气体所产生的等离子体完成的。铝和氯反应产生具有挥发性 的三氯化铝（AlCl3），随着腔内气体被抽干。一般情况下，铝的刻蚀温度比室温 稍高（例如 70℃），AlCl3 的挥发性更佳，可以减少残留物。除了氯气外，铝刻蚀 常将卤化物加入，如 SiCl4，BCl3，BBr3，CCl4，CHF3 等，主要是为了去除铝表 面的氧化层，保证刻蚀的正常进行。

2） 钨的刻蚀

在多层金属结构中，钨是用于孔填充的主要金属，其他的还有钛，钼等。可以用 氟基或氯基气体来刻蚀金属钨，但是氟基气体（SiF6，CF4）对氧化硅的选择比较 差，而氯基气体（CCl4）则有好的选择比。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。

3） 氮化钛刻蚀

氮化钛硬掩膜取代传统的氮化硅或氧化层掩膜，用于双大马士革刻蚀工艺。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。氮化钛刻蚀通常运用于硬掩膜开孔的过程中，主要反应产物 为 TiCl4。

5. 介质刻蚀

介质刻蚀以二氧化硅，氮化硅等电介质为主要刻蚀对象,被广泛应用在芯片制造中。 电介质刻蚀主要用于形成接触孔和通道孔，用以连接不同的电路层级。此外，介 质刻蚀覆盖的工艺步骤还有硬式遮蔽层刻蚀和焊接垫刻蚀（部分）。介质刻蚀通常 采用电容耦合等离子体刻蚀原理的刻蚀机。

1）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化碳的刻蚀气体，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）。

2） 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，方便被抽走的四氟化硅（SiF4）。