在集成電路的制造過程中，刻蝕就是利用化學或物理方法有選擇性地從硅片表面去除不需要的材料的過程。從工藝上區分，刻蝕可以分為濕法刻蝕和干法刻蝕。前者的主要特點是各向同性刻蝕；后者是利用等離子體來進行各向異性刻蝕，可以嚴格控制縱向和橫向刻蝕。?

干法的各向異性刻蝕，可以用表面損傷和側壁鈍化兩種機制來解釋。表面損傷機制是指，與硅片平行的待刻蝕物質的圖形底部，表面的原子鍵被破壞，擴散至此的自由基很容易與其發生反應，使得這個方向的刻蝕得以持續進行。與硅片垂直的圖形側壁則因為表面原子鍵完整，從而形態得到保護。側壁鈍化機制是指，刻蝕反應產生的非揮發性的副產物，光刻膠刻蝕產生的聚合物，以及側壁表面的氧化物或氮化物會在待刻蝕物質表面形成鈍化層。圖形底部受到離子的轟擊，鈍化層會被擊穿，露出里面的待刻蝕物質繼續反應，而圖形側壁鈍化層受到較少的離子轟擊，阻止了這個方向刻蝕的進一步進行。

在半導體干法刻蝕工藝中，根據待刻蝕材料的不同，可分為金屬刻蝕、介質刻蝕和硅刻蝕。金屬刻蝕又可以分為金屬鋁刻蝕、金屬鎢刻蝕和氮化鈦刻蝕等。目前，金屬鋁作為連線材料，仍然廣泛用于DRAM和flash等存儲器，以及0.13um?以上的邏輯產品中。本文著重介紹金屬鋁的刻蝕工藝。??

金屬鋁刻蝕通常用到以下氣體：Cl2、BCl3、Ar、?N2、CHF3和C2H4等。Cl2作為主要的刻蝕氣體，與鋁發生化學反應，生成的可揮發的副產物AlCl3被氣流帶出反應腔。BCl3一方面提供BCl3＋，垂直轟擊硅片表面，達到各向異性的刻蝕。另一方面，由于鋁表面極易氧化成氧化鋁，這層自生氧化鋁在刻蝕的初期阻隔了Cl2和鋁的接觸，阻礙了刻蝕的進一步進行。添加BCl3?則利于將這層氧化層還原（如方程式1），促進刻蝕過程的繼續進行。

Al2O3?+?3BCl3→?2AlCl3?+?3BOCl?（1）??

Ar電離生成Ar＋，主要是對硅片表面提供物理性的垂直轟擊。?N2、CHF3和C2H4是主要的鈍化氣體，N2與金屬側壁氮化產生的AlxNy，CHF3和C2H4與光刻膠反應生成的聚合物會沉積在金屬側壁，形成阻止進一步反應的鈍化層。??一般來說，反應腔的工藝壓力控制在6-14毫托。壓力越高，在反應腔中的Cl2濃度越高，刻蝕速率越快。壓力越低，分子和離子的碰撞越少，平均自由程增加，離子轟擊圖形底部的能力增強，這樣刻蝕反應速率不會降低甚至于停止于圖形的底部。?

目前金屬刻蝕機臺廣泛采用雙射頻功率源設計，如應用材料公司

DPS（decouple?plasma?source）金屬刻蝕機臺。偏置功率用來加速正離子，提供垂直的物理轟擊，源功率用來提高反應腔體內的等離子體的濃度。這種雙功率的設計可以實現對離子體的能量和濃度的獨立控制，擴大了刻蝕工藝的工藝窗口和性能。?

在金屬鋁的上下通常會淀積金屬鈦或氮化鈦，形成氮化鈦/鋁/氮化鈦/鈦的結構。用來刻蝕鋁的Cl2與鈦反應生成揮發性相對較低的TiCl4，刻蝕氮化鈦的速率只有刻蝕鋁的1/3-1/4,因此減少Cl2或是增加BCl3和偏置功率，都有利于提高氮化鈦和鈦的刻蝕速率。?在金屬鋁中通常會加入少量的硅和銅來提高電子器件的可靠性。硅和Cl反應生成揮發性的SiCl4，很容易被帶出反應腔。銅與Cl反應生成的CuCl2揮發性卻不高，因此需要加大物理性的離子轟擊把銅原子去掉，一般可以通過加大Ar和增加偏置功率來實現。??

當鋁刻蝕完成之后，硅片表面、圖形側壁和光刻膠表面殘留的Cl，會和鋁反應生成AlCl3，?繼而與空氣中的水分發生自循環反應（如方程式2），造成對鋁的嚴重侵蝕（corrosion）。因此，在刻蝕工藝完成后，一般會用H2O和O2的等離子體把氯和光刻膠去除,?并且在鋁表面形成氧化鋁來保護鋁。

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