一文说清干法刻蚀中各种气体的作用

一、含氟(F)等离子体刻蚀气体

1. CF₄(四氟化碳)

作用:

刻蚀SiO₂、SiN、Si(搭配O₂或H₂调节C/F比例:O₂减少聚合物,H₂增加聚合物)。

产生CF₃⁺、F自由基,兼具化学与离子轰击刻蚀。

原理

:F与Si/SiO₂键结合生成挥发性SiF₄。

搭配气体

:O₂(加速刻蚀)、H₂(增强侧壁保护)。

2. SF₆(六氟化硫)

作用:

高效刻蚀Si,适合无图形区清洗或深硅刻蚀(DRIE)。

清洁腔室。

特点

:刻蚀速率高,晶圆边缘易出现过蚀,需控制流均匀性。

3. C₄F₈(八氟环丁烷)

作用:

强聚合性气体,生成聚合膜用于侧壁钝化(例如Bosch深硅刻蚀工艺)。

搭配气体

与SF₆交替使用,形成刻蚀-钝化循环。

4. CHF₃(三氟甲烷)

作用:

刻蚀SiO₂、SiN,同时形成轻微聚合物,适合浅沟槽工艺。

提供F与聚合物的平衡,控制刻蚀侧壁角度。

5. CF₃I(三氟碘甲烷)

作用:

新兴环保替代气体,提供F自由基,低温下稳定,常用于取代CF₄。

6. ClF₃(三氟化氯)

作用:

极强的清洗与刻蚀能力,常用于机台原位干清洗(尤其是CVD腔体)。

常温下也具刻蚀性,不需等离子体激活。

7. ClF₅(五氟化氯)

作用:

强氧化性气体,替代ClF₃用于原位清洗,清洗能力更强但活性更高。

8. NF₃(三氟化氮)

作用:

CVD

设备原位清洗主力气体,激发后产生F自由基清除沉积物(Si、SiN、SiO₂)。

安全性优于ClF₃,使用范围广。

二、非含氟类

9. O₂(氧气)

作用:

与含碳气体配合,调控聚合物生成;

增强刻蚀速率(如CF₄+O₂),也用于灰化(ashing)。

与含碳物质反应

10. Ar(氩气)

作用:

提供物理刻蚀能量(离子轰击),无化学反应;

用于稀释气氛、提升各向异性。

11. He(氦气)

作用:

作为背面冷却气体,稳定晶圆温度;

用于等离子体稀释或辅助放电启动。

12. N₂(氮气)

作用:

腔室惰性气体,防止反应过度;

可与O₂共同使用于poly刻蚀,调节selectivity与profile。

13. BCl₃(三氯化硼)

作用:

常用于金属(如Al、Ti)刻蚀;

与Cl₂组合使用提高选择性与刻蚀速率。

14. HCl(氯化氢)

作用:

常用于刻蚀SiGe、Ge、SiC等材料;

气相退火、表面清洁。

15. HBr(氢溴酸气体)

作用:

高选择比poly刻蚀(对氧化层);

有效控制侧壁保护和profile。

16.Cl2(氯气)

作用:

· 常用于金属刻蚀(如Al、Ti、W、Mo等),也可刻蚀Si与III-V族材料(如GaAs、InP);

· 与金属反应生成低沸点的氯化物(如AlCl₃、TiCl₄),易挥发,从而实现刻蚀;

· 在某些高深宽比结构中,与BCl₃组合使用,可改善侧壁垂直度;

· 氯系气体具有较强的反应性,

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