干法蝕刻異向機(jī)制的原理解析

無偏差的刻蝕過程，我們稱之為各向異性刻蝕。為了更清晰地理解這一過程，我們可以將其拆解為幾個基本環(huán)節(jié)。首先，第一個環(huán)節(jié)是刻蝕氣體的處理，這些氣體在等離子體環(huán)境中會被分解成離子、自由基等具有刻蝕作用的成分，我們稱為“Enchant”。這是刻蝕過程的起始階段。

緊接著，這些Enchant成分會朝著晶圓表面移動。在這個階段，為了獲得具有深度的刻蝕形狀，較低的壓力環(huán)境是更為有利的。然而，壓力過低也會帶來新的問題，比如放電困難以及等離子體難以維持。因此，需要找到一個合適的壓力平衡點。

隨后進(jìn)入的階段是，已經(jīng)抵達(dá)晶圓表面的Enchant與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，執(zhí)行實際的刻蝕工作。

此過程中，刻蝕反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物必須迅速從表面脫離并被有效排出。如果這些副產(chǎn)物未能及時清除，它們會重新沉積在晶圓上，阻礙刻蝕反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。

以硅的刻蝕為例，四氯化硅（硅的氯化物）與四氟化硅（硅的氟化物）相比，后者的蒸氣壓更高。

這意味著，當(dāng)使用氟類氣體刻蝕硅時，反應(yīng)生成的副產(chǎn)物能更迅速地脫離晶圓表面。這一觀察結(jié)果可以作為我們選擇何種刻蝕氣體的一個重要依據(jù)。

各向異性的概念可以通過數(shù)學(xué)公式來精確描述，其核心在于強(qiáng)化縱向（即垂直方向）的刻蝕進(jìn)程，同時抑制橫向刻蝕的發(fā)生。簡而言之，各向異性形狀的形成依賴于兩種主要機(jī)制共同作用。

第一種機(jī)制是離子轟擊效應(yīng)，它不僅通過加速被刻蝕物表面的自由基反應(yīng)來促進(jìn)垂直方向的刻蝕，而且離子自身也直接參與到刻蝕反應(yīng)中。這種離子轟擊可以看作是鞘層電勢對離子的加速作用所產(chǎn)生的結(jié)果。

第二種機(jī)制則是側(cè)壁保護(hù)效應(yīng)，它涉及到光刻膠濺射產(chǎn)生的碳以及刻蝕氣體中人為添加的某些成分，這些成分能夠在側(cè)壁上形成一層保護(hù)膜。這層保護(hù)膜有效地阻止了橫向刻蝕的進(jìn)行，從而確保了各向異性形狀的形成。因此，可以說各向異性形狀是通過這兩種方法的協(xié)同作用而得以實現(xiàn)的。