半导体干法刻蚀技术：原子层工艺_【美】索斯藤·莱尔_AZW3_MOBI_EPUB_PDF_电子书（无页码）_【美】索斯藤·莱尔

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第3章热刻蚀 3.1 热刻蚀的机理和性能指标 该技术有时也称为“蒸汽刻蚀”，因为该工艺中使用的一些反应物在大气压下为液体，在真空室中“蒸发”。图2.5示意性地说明了热刻蚀的机理及其物理吸附、化学吸附、表面反应和解吸的基本步骤。 为了使分子发生离解化学吸附，它必须首先物理吸附到表面上，然后克服活化势垒。这称为前驱体介导的吸附模型。物理吸附的活化能很小，势阱ε较浅（见图2.3）。在更高的温度下，物理吸附分子的解吸速度与其吸附速度一样快，因此可能不会进行下一步的化学吸附。同时，化学吸附态的存在和活化势垒Ea,A意味着该过程通过温度激活。因此，对于许多系统，表面的化学吸附速率在较高温度下下降。它可以在最佳温度下具有最大值，或者可以具有更复杂的形状。然而，根据前驱体介导的吸附模式，重要的行为是化学吸附速率随温度的下降，如图3.1所示。 图3.1 热刻蚀温度过程窗口示意图 图3.1还示意性地显示了解吸曲线，根据式（2.3），解吸曲线为指数上升曲线。热刻蚀工艺在反应物的化学吸附曲线和反应产物的解吸曲线交叠的温度范围内工作。该区域表示热刻蚀工艺的工艺窗口。 3.1.1 刻蚀速率和ERNU 热刻蚀的速率受到具有最低速率的基本步骤的限制。如果该工艺受到传输或吸附限制，则可以增加压力以提高刻蚀速率。晶圆上的流动均匀性对于实现良好的刻蚀速率不均匀性（ERNU）至关重要。如果该工艺是反应或解吸受限的，则可以提高温度以提高刻蚀速率。在这种情况下，晶圆温度均匀性是改善ERNU的主要参数。一些热刻蚀工艺，例如用HF刻蚀SiO2，在刻蚀开始之前有孵育时间。开始刻蚀所需的时间可能取决于晶圆的表面状态和历史。这会对刻蚀速率或刻蚀量的重复性产生负面影响。 3.1.2 选择性 热刻蚀工艺的固有选择性通常非常高。与热原子层刻蚀（ALE）一起，热刻蚀是具有最高固有选择性的刻蚀工艺，因为“过剩能量”接近于零。这种高选择性的缺点是热刻蚀容易产生表面缺陷。例如，表面污染或少量残留物会阻碍热刻蚀工艺，并形成未刻蚀材料的很大缺陷。据报道，由于局部刻蚀阻挡，用各种含氟气体对硅进行热刻蚀会导致粗糙表面（Ibbotson等人，1984）。 3.1.3 轮廓和CD控制 热刻蚀是各向同性刻蚀过程，因为反应物和反应产物随热能和随机方向移动。当热刻蚀工艺应用于具有掩模结构的表面时，孔洞掩模和沟槽掩模分别形成近似球形或圆柱形形状（见图2.2）。各向同性刻蚀工艺可用于从厚的覆盖层表面或受给定热刻蚀工艺具有高选择性的材料限制的结构中去除材料。 热刻蚀工艺的关键尺寸（CD）通常是凹陷深度或部分刻蚀薄膜剩余材料厚度。如上所述，如果热刻蚀工艺具有对表面条件敏感的孵育时间，则热刻蚀工艺不太适合去除精确厚度。对于在所有方向上存在刻蚀停止层的完全去除工艺，例如，如果选择性小于无限大，则CD可以是停止层的厚度损失。 3.1.4 ARDE 通过增加压力可以有效地减少深宽比相关刻蚀（ARDE）。目标是使表面反应和解吸步骤成为速率限制步骤。 对于使用一种以上气体的热刻蚀工艺，例如，使用HF和H2O刻蚀SiO2，两种气体的分压必须足够高，以避免传输受限的工艺状态。因为ARDE在足够高的压力下很小，所以即使是停止层中的非常小的孔洞也会导致该层以外的破坏性各向同性刻蚀。 3.2 应用示例 热刻蚀的典型应用是用氟刻蚀硅和用HF刻蚀SiO2。这两种应用都用于制造微机电系统（MEMS）器件，其中底切刻蚀工艺需要高刻蚀速率。 我们首先回顾氟对硅的刻蚀。使用图2.1中的框架，氟化硅表面由EA=5.6eV、EO=5.7eV（Dean，1999）、ES=0.9eV（Engstrom等人，1988）表征。在三种能量中，ES最小，因此根据我们简化的刻蚀框架，解吸将导致刻蚀。 Engstrom的数据是从超高真空条件下的程序升温解吸（TPD）实验中提取的，严格来说，ES的值是一种活化能（见图2.4）。Engstrom的TPD实验表明，对于高达7L和3L的F2剂量，需要约800K的温度来解吸SiF2和SiF4分子。对于高于3L的剂量，在室温下观察到SiF4。这些结果可以通过氟原子离解和扩散到硅次表面层以及形成氟硅烷基层来解释，氟硅烷基层是SiF4的来源。最后一个单层在800K解吸为SiF2和SiF4。 这种行为的一些重要含义是，用氟气或氟自由基刻蚀的硅总是氟封端的，这种氟只能在高于半导体制造中通常使用的温度下直接解吸，并且氟的去除将导致更多硅的损失。需要刻蚀后处理步骤以降低氟去除温度。 出于安全原因，在硅的热刻蚀中经常使用XeF2而不是F2。XeF2和F2分子都经历离解化学吸附以产生氟原子，氟原子与氟化表面反应形成SiF4。两种反应物的反应路径和相应的活化能一定很不一样，因为已经报道了4个数量级的刻蚀差异（Winters和Coburn，1979）。使......

1. 信息
2. 译者序
3. 缩写词表
4. 第1章 引言
5. 第2章 理论基础
6. 第3章 热刻蚀
7. 第4章 热各向同性ALE
8. 第5章 自由基刻蚀
9. 第6章 定向ALE
10. 第7章 反应离子刻蚀
11. 第8章 离子束刻蚀
12. 第9章 刻蚀物种产生
13. 第10章 新兴刻蚀技术