蝕刻用腐蝕液與配方比例

1、蝕刻用腐蝕液與配方比例刻蝕基礎(chǔ)（轉(zhuǎn)載）濕式蝕刻技術(shù)最早的蝕刻技術(shù)是利用特定的溶液與薄 膜間所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)來去除薄膜未被光阻覆 蓋的部分，而達(dá)到蝕刻的目的，這種蝕刻方式也 就是所謂的濕式蝕刻。因?yàn)闈袷轿g刻是利用化學(xué) 反應(yīng)來進(jìn)行薄膜的去除，而化學(xué)反應(yīng)本身不具方 向性，因此濕式蝕刻過程為等向性，一般而言此 方式不足以定義3微米以下的線寬，但對(duì)于 3 微米以上的線寬定義濕式蝕刻仍然為一可選擇 采用的技術(shù)。濕式蝕刻之所以在微電子制作過程中被 廣泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高 產(chǎn)能及優(yōu)越的蝕刻選擇比等優(yōu)點(diǎn)。但相對(duì)于干式 蝕刻，除了無法定義較細(xì)的線寬外，濕式蝕刻仍 有以下的缺點(diǎn)：1）需花費(fèi)較高成

2、本的反應(yīng)溶液 及去離子水；2）化學(xué)藥品處理時(shí)人員所遭遇的 安全問題；3）光阻附著性問題；4）氣泡形成及 化學(xué)蝕刻液無法完全與晶圓表面接觸所造成的 不完全及不均勻的蝕刻；5）廢氣及潛在的爆炸性。濕式蝕刻過程可分為三個(gè)步驟：1）化學(xué) 蝕刻液擴(kuò)散至待蝕刻材料之表面；2）蝕刻液與 待蝕刻材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3）反應(yīng)后之產(chǎn)物從 蝕刻材料之表面擴(kuò)散至溶液中，并隨溶液排出 （3）。三個(gè)步驟中進(jìn)行最慢者為速率控制步驟， 也就是說該步驟的反應(yīng)速率即為整個(gè)反應(yīng)之速 率。大部份的蝕刻過程包含了一個(gè)或多個(gè)化 學(xué)反應(yīng)步驟，各種形態(tài)的反應(yīng)都有可能發(fā)生，但 常遇到的反應(yīng)是將待蝕刻層表面先予以氧化， 再 將此氧化層溶解，并隨溶

3、液排出，如此反復(fù)進(jìn)行 以達(dá)到蝕刻的效果。如蝕刻硅、鋁時(shí)即是利用此 種化學(xué)反應(yīng)方式。濕式蝕刻的速率通常可藉由改變?nèi)芤簼?度及溫度予以控制。溶液濃度可改變反應(yīng)物質(zhì)到 達(dá)及離開待蝕刻物表面的速率，一般而言，當(dāng)溶 液濃度增加時(shí)，蝕刻速率將會(huì)提高。而提高溶液 溫度可加速化學(xué)反應(yīng)速率，進(jìn)而加速蝕刻速率。除了溶液的選用外，選擇適用的屏蔽物質(zhì) 亦是十分重要的，它必須與待蝕刻材料表面有很 好的附著性、并能承受蝕刻溶液的侵蝕且穩(wěn)定而 不變質(zhì)。而光阻通常是一個(gè)很好的屏蔽材料，且 由于其圖案轉(zhuǎn)印步驟簡單，因此常被使用。但使 用光阻作為屏蔽材料時(shí)也會(huì)發(fā)生邊緣剝離或龜 裂的情形。邊緣剝離乃由于蝕刻溶液的侵蝕， 造 成光阻

4、與基材間的黏著性變差所致。 解決的方法 則可使用黏著促進(jìn)劑來增加光阻與基材間的黏 著性，如 Hexamethyl-disilazane (HMDS) 。 龜裂則是因?yàn)楣庾枧c基材間的應(yīng)力差異太大，減 緩龜裂的方法可利用較具彈性的屏蔽材質(zhì)來吸 收兩者間的應(yīng)力差。蝕刻化學(xué)反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的氣泡常會(huì) 造成蝕刻的不均勻性，氣泡留滯于基材上阻止了 蝕刻溶液與待蝕刻物表面的接觸，將使得蝕刻速 率變慢或停滯，直到氣泡離開基材表面。因此在 這種情況下會(huì)在溶液中加入一些催化劑增進(jìn)蝕 刻溶液與待蝕刻物表面的接觸，并在蝕刻過程中 予于攪動(dòng)以加速氣泡的脫離。以下將介紹半導(dǎo)體制程中常見幾種物質(zhì)的濕式 蝕刻：硅、二氧化硅、

5、氮化硅及鋁。5-2-1硅的濕式蝕刻在半導(dǎo)體制程中，單晶硅與復(fù)晶硅的蝕刻通常利用硝酸與氫氟酸的混合液來進(jìn)行。此反應(yīng) 是利用硝酸將硅表面氧化成二氧化硅，再利用氫 氟酸將形成的二氧化硅溶解去除，反應(yīng)式如下：Si + HN03 + 6HF a H2SiF6 + HN02 + H2 + H20上述的反應(yīng)中可添加醋酸作為緩沖劑 （Buffer Agent），以抑制硝酸的解離。而蝕刻 速率的調(diào)整可藉由改變硝酸與氫氟酸的比例，并配合醋酸添加與水的稀釋加以控制。在某些應(yīng)用中，常利用蝕刻溶液對(duì)于不同 硅晶面的不同蝕刻速率加以進(jìn)行 。例如使用 氫氧化鉀與異丙醇的混合溶液進(jìn)行硅的蝕刻。這 種溶液對(duì)硅的（100）面的蝕

6、刻速率遠(yuǎn)較（111）面 快了許多，因此在（100）平面方向的晶圓上，蝕 刻后的輪廓將形成V型的溝渠，如圖5-2所示。 而此種蝕刻方式常見于微機(jī)械組件的制作上。2二氧化硅的濕式蝕刻在微電子組件制作應(yīng)用中，二氧化硅的濕 式蝕刻通常采用氫氟酸溶液加以進(jìn)行 （5）。而二 氧化硅可與室溫的氫氟酸溶液進(jìn)行反應(yīng)，但卻不 會(huì)蝕刻硅基材及復(fù)晶硅。反應(yīng)式如下：SiO2 + 6HF a H2 + SiF6 + 2H2O由于氫氟酸對(duì)二氧化硅的蝕刻速率相當(dāng) 高，在制程上很難控制，因此在實(shí)際應(yīng)用上都是 使用稀釋后的氫氟酸溶液，或是添加氟化銨作為 緩沖劑的混合液，來進(jìn)行二氧化硅的蝕刻。氟化 銨的加入可避免氟化物離子的消耗，

7、以保持穩(wěn)定 的蝕刻速率。而無添加緩沖劑氫氟酸蝕刻溶液常 造成光阻的剝離。典型的緩沖氧化硅蝕刻液 (BOE : Buffer Oxide Etcher)( 體積比 6:1 之 氟化銨(40%)與氫氟酸(49%)對(duì)于高溫成長 氧化層的蝕刻速率約為1000? /min。在半導(dǎo)體制程中，二氧化硅的形成方式可 分為熱氧化及化學(xué)氣相沉積等方式；而所采用的 二氧化硅除了純二氧化硅外，尚有含有雜質(zhì)的二 氧化硅如BPSG等。然而由于這些以不同方式 成長或不同成份的二氧化硅，其組成或是結(jié)構(gòu)并 不完全相同，因此氫氟酸溶液對(duì)于這些二氧化硅 的蝕刻速率也會(huì)不同。但一般而言，高溫?zé)岢砷L 的氧化層較以化學(xué)氣相沉積方式之氧化

8、層蝕刻 速率為慢，因其組成結(jié)構(gòu)較為致密。5-2-3氮化硅的濕式蝕刻氮化硅可利用加熱至180 ° C的磷酸溶液 (85%)來進(jìn)行蝕刻(5) o其蝕刻速率與氮化硅的 成長方式有關(guān)，以電漿輔助化學(xué)氣相沉積方式形 成之氮化硅，由于組成結(jié)構(gòu) （SixNyHz 相較于 Si3N4）較以高溫低壓化學(xué)氣相沉積方式形成 之氮化硅為松散，因此蝕刻速率較快許多。但在高溫?zé)崃姿崛芤褐泄庾枰讋兟?，因?在作氮化硅圖案蝕刻時(shí)，通常利用二氧化硅作為 屏蔽。一般來說，氮化硅的濕式蝕刻大多應(yīng)用于 整面氮化硅的剝除。對(duì)于有圖案的氮化硅蝕刻， 最好還是采用干式蝕刻為宜。5-2-4鋁的濕式蝕刻鋁或鋁合金的濕式蝕刻主要是利用

9、加熱 的磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以進(jìn)行 。典型的比例為80%的磷酸、5%的硝酸、 5%的醋酸及10%的水。而一般加熱的溫度約 在35° C-45°C左右，溫度越高蝕刻速率越快， 一般而言蝕刻速率約為1000-3000 ?/mi n ，而溶液的組成比例、不同的溫度及蝕刻過程中攪 拌與否都會(huì)影響到蝕刻的速率。蝕刻反應(yīng)的機(jī)制是藉由硝酸將鋁氧化成 為氧化鋁，接著再利用磷酸將氧化鋁予以溶解去 除，如此反復(fù)進(jìn)行以達(dá)蝕刻的效果。在濕式蝕刻鋁的同時(shí)會(huì)有氫氣泡的產(chǎn)生， 這些氣泡會(huì)附著在鋁的表面，而局部地抑制蝕刻 的進(jìn)行，造成蝕刻的不均勻性，可在蝕刻過程中 予于攪動(dòng)或添加催化劑降低接口

10、張力以避免這 種問題發(fā)生 電漿蝕刻簡介自1970年代以來組件制造首先開始采用 電漿蝕刻技術(shù)，對(duì)于電漿化學(xué)新的了解與認(rèn)知也 就蘊(yùn)育而生。在現(xiàn)今的集成電路制造過程中，必 須精確的控制各種材料尺寸至次微米大小且具 有極高的再制性，而由于電漿蝕刻是現(xiàn)今技術(shù)中 唯一能極有效率地將此工作在高良率下完成，因此電漿蝕刻便成為集成電路制造過程中的主要 技術(shù)之一。電漿蝕刻主要應(yīng)用于集成電路制程中線 路圖案的定義，通常需搭配光阻的使用及微影技 術(shù)，其中包括了 1)氮化硅(Nitride)蝕刻：應(yīng)用 于定義主動(dòng)區(qū)；2)復(fù)晶硅化物/復(fù)晶硅 (Polycide/Poly) 蝕刻：應(yīng)用于定義閘極寬度 / 長度；3)復(fù)晶硅(

11、Poly)蝕刻：應(yīng)用于定義復(fù)晶 硅電容及負(fù)載用之復(fù)晶硅；4)間隙壁(Spacer) 蝕刻：應(yīng)用于定義LDD寬度；5)接觸窗(Contact)及引洞(Via)蝕刻：應(yīng)用于定義接觸 窗及引洞之尺寸大??；6)鎢回蝕刻(Etch Back):應(yīng)用于鎢栓塞(W-Plug)之形成；7)涂 布玻璃(SOG)回蝕刻：應(yīng)用于平坦化制程；8)金 屬蝕刻：應(yīng)用于定義金屬線寬及線長；9)接腳 (Bo nding Pad)蝕刻等。影響電漿蝕刻特性好壞的因素包括了：1)電漿蝕刻系統(tǒng)的型態(tài)；2)電漿蝕刻的參數(shù)；3) 前制程相關(guān)參數(shù)，如光阻、待蝕刻薄膜之沉積參 數(shù)條件、待蝕刻薄膜下層薄膜的型態(tài)及表面的平 整度等。5-3-2何

12、謂電漿？基本上電漿是由部份解離的氣體及等量 的帶正、負(fù)電荷粒子所組成，其中所含的氣體具 高度的活性，它是利用外加電場的驅(qū)動(dòng)而形成， 并且會(huì)產(chǎn)生輝光放電(Glow Discharge)現(xiàn)象。蝕刻用的電漿中，氣體的解離程度很低， 通常在10-5-10-1 之間，在一般的電漿或活性 離子反應(yīng)器中氣體的解離程度約為 10-5-10-4 ，若解離程度到達(dá)10-3-10-1 則屬 于高密度電漿。5-3-3電漿形成之原理電漿的產(chǎn)生可藉由直流(DC)偏壓或交流 射頻(RF)偏壓下的電場形成，如圖 5-3所示， 而在電漿中的電子來源通常有二：一為分子或原 子解離后所產(chǎn)生的電子，另一則為離子撞擊電極 所產(chǎn)生的二次

13、電子(Secondary Electron)，在 直流(DC)電場下產(chǎn)生的電漿其電子源主要以二 次電子為主，而交流射頻(RF)電場下產(chǎn)生的電 漿其電子源則以分子或原子解離后所產(chǎn)生的電 子為主。在電漿蝕刻中以直流方式產(chǎn)生輝光放電 的缺點(diǎn)包含了： 1)需要較高的功率消耗，也就 是說產(chǎn)生的離子密度低；2)須要以離子撞擊電 極以產(chǎn)生二次電子，如此將會(huì)造成電極材料的損 耗；3)所需之電極材料必須為導(dǎo)體。如此一來 將不適用于晶圓制程中。在射頻放電(RF Discharge)狀況下，由 于高頻操作，使得大部份的電子在半個(gè)周期內(nèi)沒 有足夠的時(shí)間移動(dòng)至正電極，因此這些電子將會(huì) 在電極間作振蕩，并與氣體分子產(chǎn)生碰

14、撞。而射 頻放電所需的振蕩頻率下限將視電極間的間距、壓力、射頻電場振幅的大小及氣體分子的解離位 能等因素而定，而通常振蕩頻率下限為50kHz。 一般的射頻系統(tǒng)所采用的操作頻率大都為 13.56MHz。相較于直流放電，射頻放電具有下列優(yōu) 點(diǎn)：1）放電的情況可一直持續(xù)下去而無需二次 電子的發(fā)射，當(dāng)晶圓本身即為電極的一部份時(shí)， 這點(diǎn)對(duì)半導(dǎo)體材料制程就顯得十分重要了；2）由于電子來回的振蕩，因此離子化的機(jī)率大為提 升，蝕刻速率可因而提升；3）可在較低的電極 電壓下操作，以減低電漿對(duì)組件所導(dǎo)致之損壞； 4）對(duì)于介電質(zhì)材料同樣可以運(yùn)作?，F(xiàn)今所有的電漿系統(tǒng)皆為射頻系統(tǒng)。另外 值得一提的是在射頻系統(tǒng)中一個(gè)重要

15、的參數(shù)是 供給動(dòng)力的電極面積與接地電極面積之比。5-3-4等效電子及離子溫度存在于電漿中的電場分別施力于帶正電荷之離 子與代負(fù)電荷之電子，F(xiàn)=E*q ，而加速度 a=F/M ，由于離子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，因此電子 所獲得的加速度與速度將遠(yuǎn)大于離子，以致電子的動(dòng)能遠(yuǎn)大于離子，電子與離子間處于一非平衡狀態(tài)。從氣體動(dòng)力論中，得知Ekinetic = (3/2) kT，由此可知，等效電子溫度遠(yuǎn)大于等效離子 溫度，如此可視為 熱”電子處于 冷”電漿之 中。因此電子能夠在低溫的狀態(tài)下提供一般在高 溫下才能使分子解離所需要的能量。在一般蝕刻 用的電漿中，等效的電子溫度約為10000 -100000 °

16、 Ko5-3-5電漿蝕刻中的基本物理及化學(xué)現(xiàn)象在干式蝕刻中，隨著制程參數(shù)及電漿狀態(tài) 的改變，可以區(qū)分為兩種極端的性質(zhì)的蝕刻方 式，即純物理性蝕刻與純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻。純物理性蝕刻可視為一種物理濺鍍(Sputter)方式， 它是利用輝光放電，將氣體如 Ar，解離成帶正 電的離子，再利用偏壓將離子加速，濺擊在被蝕 刻物的表面，而將被蝕刻物質(zhì)原子擊出。此過程 乃完全利用物理上能量的轉(zhuǎn)移，故謂之物理性蝕 刻。其特色為離子撞擊擁有很好的方向性，可獲得接近垂直的蝕刻輪廓。但缺點(diǎn)是由于離子是以 撞擊的方式達(dá)到蝕刻的目的，因此光阻與待蝕刻 材料兩者將同時(shí)遭受蝕刻，造成對(duì)屏蔽物質(zhì)的蝕 刻選擇比變差，同時(shí)蝕刻終點(diǎn)必

17、須精確掌控，因 為以離子撞擊方式蝕刻對(duì)于底層物質(zhì)的選擇比 很低。且被擊出的物質(zhì)往往非揮發(fā)性物質(zhì)， 而這 些物質(zhì)容易再度沉積至被蝕刻物薄膜的表面或 側(cè)壁。加上蝕刻效率偏低，因此，以純物理性蝕 刻方式在集成電路制造過程中很少被用到。純化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，則是利用電漿產(chǎn)生化 學(xué)活性極強(qiáng)的原（分）子團(tuán)，此原（分）子團(tuán)擴(kuò)散至 待蝕刻物質(zhì)的表面，并與待蝕刻物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生揮 發(fā)性之反應(yīng)生成物，并被真空設(shè)備抽離反應(yīng)腔。 因此種反應(yīng)完全利用化學(xué)反應(yīng)來達(dá)成，故謂之化 學(xué)反應(yīng)性蝕刻。此種蝕刻方式相近于濕式蝕刻， 只是反應(yīng)物及產(chǎn)物的狀態(tài)由液態(tài)改變?yōu)闅鈶B(tài)， 并 利用電漿來促進(jìn)蝕刻的速率。因此純化學(xué)反應(yīng)性 蝕刻擁有類似于濕式蝕

18、刻的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，即高選 擇比及等向性蝕刻。在半導(dǎo)體制程中純化學(xué)反應(yīng) 性蝕刻應(yīng)用的情況通常為不需做圖形轉(zhuǎn)換的步 驟，如光阻的去除等。一個(gè)僅基于化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的理想干蝕刻 過程可分為以下幾個(gè)步驟：1）反應(yīng)氣體進(jìn)入腔 體；2）產(chǎn)生電漿形態(tài)之蝕刻物種，如離子及自 由基（Radicals） ； 3）蝕刻物種藉由擴(kuò)散、碰撞 或場力移至待蝕刻物表面并吸附于表面；4）蝕 刻物種停滯在待蝕刻物表面一段時(shí)間；5)進(jìn)行 化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生揮發(fā)性之生成物；6)生成物脫 離表面；7)脫離表面之生成物擴(kuò)散至氣體中并 排出。上述步驟中若其中一個(gè)停止發(fā)生，則整個(gè) 反應(yīng)將不再進(jìn)行。而其中生成物脫離表面的過程 最為重要，大部份的反應(yīng)物

19、種皆能與待蝕刻物表 面產(chǎn)生快速的反應(yīng)，但除非生成物有合理的蒸氣 壓以致讓其脫離表面，否則反應(yīng)將不會(huì)發(fā)生。綜觀而論，純物理性蝕刻，如離子束蝕刻 (Io n Beam Etch) 有兩大缺點(diǎn)：一為低選擇比， 一為低蝕刻效率。而純化學(xué)反應(yīng)蝕刻也有兩個(gè)缺 點(diǎn)：一為等向性蝕刻，另一為無法應(yīng)用至次微米 的組件制程上，包含了線寬控制與均勻性等問 題。最具廣泛使用的方法便是結(jié)合物理性蝕 刻與化學(xué)反應(yīng)性蝕刻，即所謂的活性離子蝕刻 (RIE, Reactive Ion Etch)，此種蝕刻方式兼具非等向性及高選擇比等雙重優(yōu)點(diǎn)，蝕刻的進(jìn)行主 要靠化學(xué)反應(yīng)來達(dá)成，以獲得高選擇比。加入離 子撞擊的作用有二：一是將待蝕刻

20、物質(zhì)表面的原 子鍵結(jié)破壞，以加速蝕刻速率；二是將再沉積于待蝕刻物質(zhì)表面的產(chǎn)物或聚合物（Polymer）打掉，以便待蝕刻物質(zhì)表面能再與反應(yīng)蝕刻氣體接 觸。非等向性蝕刻的達(dá)成，則是靠再沉積的產(chǎn)物 或聚合物，沉積于待蝕刻圖形上，在表面的沉積 物可被離子打掉，蝕刻可繼續(xù)進(jìn)行，而在側(cè)壁上 的沉積物，因未受離子的撞擊而保留下來，阻隔 了表面與反應(yīng)蝕刻氣體的接觸，使得側(cè)壁不受侵 蝕，而獲得非等向性蝕刻。綜合以上所言，電漿（干式）蝕刻的完成包 含了以下幾種過程：1）化學(xué)反應(yīng)，屬等向性； 2）離子輔助蝕刻，具方向性；3）保護(hù)層的形成， 可避免側(cè)壁遭受蝕刻；4）生成物殘留的排除。垂直的蝕刻輪廓（非等向性蝕刻）主要

21、源自 于兩大原因：一為垂直方向的離子撞擊，加速垂 直方向的蝕刻；一為側(cè)壁保護(hù)層的形成。而側(cè)壁 保護(hù)層的形成種類有下列幾種方式：1）非揮發(fā) 性的副產(chǎn)物，例如：SiBr4, Si02, BrxOy ; 2）光 阻蝕刻時(shí)所產(chǎn)生之聚合物；3）聚合物氣體，例 如：CFx, CCIx, x<3； 4）側(cè)壁表面氧化或氮化，例如：AIxNy, SixOy 。5-3-6電漿蝕刻機(jī)制以硅蝕刻為例，圖5-4所示為含氟原子的 電漿蝕刻硅薄膜的機(jī)制，反應(yīng)后的產(chǎn)物為揮發(fā)性 之 SiF4 及 SiF2(2)。若以純CF4電漿氣體蝕刻硅或氧化硅薄 膜，則蝕刻速率相對(duì)很慢。但若將少量的氧氣 (O2)加入CF4氣體中，則硅

22、或氧化硅薄膜的蝕 刻速率將大幅度增加，如圖5-5所示(6)。氧氣 的加入通常伴隨著電漿中氟原子密度的增加，此 乃由于氧與CF4反應(yīng)而釋出氟原子所致，可能 的反應(yīng)為：CF4 + O2 a COF2 + 2F。氧氣的加 入并且消耗掉部份的碳，使得電漿中的氟碳比增 加，進(jìn)而增進(jìn)了硅或氧化硅薄膜的蝕刻速率。從圖5-5亦可看出，在氧的添加后，對(duì)硅 的蝕刻速率提升要比氧化硅來得快，由此可知， 氧的加入將使得氧化硅對(duì)硅的蝕刻速率選擇比 降低。但若將氧的含量持續(xù)增加，則額外的氧將 會(huì)把氟原子的濃度稀釋，因而造成蝕刻速率的降 低。如果我們?cè)贑F4中加入氫氣，則氫氣分解 成氫原子后與氟原子反應(yīng)形成氟化氫 (HF)

23、。對(duì) 硅的蝕刻而言，氟原子濃度減少，使得蝕刻速率 直線下降。對(duì)氧化硅的蝕刻而言，雖然 HF可蝕 刻氧化硅，但蝕刻速率仍比原來慢了點(diǎn)。因此， 適量氫氣的加入可提升氧化硅對(duì)硅的蝕刻選擇 比。圖5-6為加入氫氣后，硅、氧化硅及光阻 蝕刻速率的變化情形(7)。5-3-7氟碳比模型(Fluorine-to-CarbonRatio Model)在氟碳化物的電漿中，氟的作用是與基材 表面反應(yīng)，產(chǎn)生揮發(fā)性的產(chǎn)物，并藉由真空設(shè)備 帶出腔體外，因此當(dāng)氟的成份增加時(shí)，蝕刻速率 增加。碳在電漿中的作用為提供聚合物的來源， 因此碳會(huì)抑制蝕刻的進(jìn)行，當(dāng)碳的成份增加時(shí)， 將使得蝕刻速率減緩?；谏鲜鲋恚覀兛?以藉由電

24、漿中的氟/碳(F/C)比的變化來推測反 應(yīng)進(jìn)行的方向。在添加其它氣體的狀況下，亦會(huì) 改變氟/碳比，因此反應(yīng)的趨勢(shì)可藉此來預(yù)知， 此即稱之為氟碳比模型。氟碳比模型適用于以氟碳化物電漿作為 主要蝕刻機(jī)構(gòu)的材料，除硅、氧化硅之外，在 TiN, Si3N4, W 等均可適用。以硅、氧化硅為例， 在硅表面上的反應(yīng)只會(huì)消耗氟，而碳并不會(huì)損 失。因此在蝕刻的過程中氟碳比(F/C)下降，當(dāng) 芯片上硅表面積曝露于電漿增加時(shí)，蝕刻速率將 變慢。而當(dāng)加入氧氣時(shí)會(huì)消耗許多碳原子而形成 CO或CO2，且氟原子的解離也因而增加，因此 氟碳比(F/C)上升，蝕刻速率也跟著上升。加入 氫氣則會(huì)消耗氟原子形成 HF，氟碳比(F

25、/C)因 而下降，對(duì)硅的蝕刻速率也就下降；但對(duì)氧化硅 而言，因其含有氧的成份，可局部性地消耗碳的 成份，因此氟碳比(F/C)在局部區(qū)域呈現(xiàn)不變的 情形，使得氧化硅的蝕刻速率變化較小。除了加 入氧氣及氫氣外，加入CHF3，或以CHF3, C2F4 等氟碳比小于4的氣體來取代CF4，亦可達(dá)到 降低氟碳比(F/C)，提高蝕刻選擇比的效果。5-3-8電漿蝕刻制程參數(shù)電漿蝕刻制程參數(shù)一般包括了射頻(RF)功率、壓力、氣體種類及流量、蝕刻溫度及腔體 的設(shè)計(jì)等因素，而這些因素的綜合結(jié)果將直接影 響蝕刻的結(jié)果，圖5-7中所示為其相互間關(guān)系 的示意圖。射頻(RF)功率是用來產(chǎn)生電漿及提供離 子能量的來源，因此功

26、率的改變將影響電漿中離 子的密度及撞擊能量而改變蝕刻的結(jié)果。壓力也會(huì)影響離子的密度及撞擊能量，另外也會(huì)改變化 學(xué)聚合的能力；蝕刻反應(yīng)物滯留在腔體內(nèi)的時(shí)間 正比于壓力的大小，一般說來，延長反應(yīng)物滯留 的時(shí)間將會(huì)提高化學(xué)蝕刻的機(jī)率并且提高聚合 速率。氣體流量的大小會(huì)影響反應(yīng)物滯留在腔體 內(nèi)的時(shí)間；增加氣體流量將加速氣體的分布并可 提供更多未反應(yīng)的蝕刻反應(yīng)物，因此可降低負(fù)載 效應(yīng)(Loading Effect);改變氣體流量也會(huì)影響 蝕刻速率。原則上溫度會(huì)影響化學(xué)反速率及反應(yīng) 物的吸附系數(shù)(Adsorption Coefficient)，提高芯片溫度將使得聚合物的沉積速率降低，導(dǎo)致側(cè) 壁的保護(hù)減低，但表面在蝕刻后會(huì)較為干凈；增 加腔體的溫度可減少聚合物沉積于管壁的機(jī)率， 以提升蝕刻制程的再現(xiàn)性。晶圓背部氦氣循環(huán)流 動(dòng)可控制蝕刻時(shí)晶圓的溫度與溫度的均勻性，以避免光阻燒焦或蝕刻輪廓變形。其它尚須考慮的 因素還有腔體的材質(zhì)，一般