刻蚀设备行业报告：国产刻蚀机未来可期（74页）

行业报告下载 2022年12月11日 06:27 管理员

金属刻蚀主要是互连线及多层金属布线的刻蚀，刻蚀的要求是：高刻蚀速率（大于 1000nm/min）；高选择比，对掩盖层大于 4:1，对层间介质大于 20:1；高的刻蚀均匀性；关键尺寸控制好；无等离子体损伤；残留污染物少；不会腐蚀金属等。金属刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀的刻蚀机。 1）铝的刻蚀铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低，易于沉积和刻蚀的优点。刻蚀铝，是利用氯化物气体所产生的等离子体完成的。铝和氯反应产生具有挥发性的三氯化铝（AlCl3），随着腔内气体被抽干。一般情况下，铝的刻蚀温度比室温稍高（例如 70℃），AlCl3 的挥发性更佳，可以减少残留物。除了氯气外，铝刻蚀常将卤化物加入，如 SiCl4，BCl3，BBr3，CCl4，CHF3 等，主要是为了去除铝表面的氧化层，保证刻蚀的正常进行。 2）钨的刻蚀在多层金属结构中，钨是用于孔填充的主要金属，其他的还有钛，钼等。可以用氟基或氯基气体来刻蚀金属钨，但是氟基气体（SiF6，CF4）对氧化硅的选择比较差，而氯基气体（CCl4）则有好的选择比。通常在反应气体中加入氮气来获得高的刻蚀胶选择比，加入氧气来减少碳的沉积。用氯基气体刻蚀钨可实现各向异性刻蚀和高选择比。干法刻蚀钨使用的气体主要是 SF6，Ar 及 O2，其中，SF6 在等离子体中可被分解，以提供氟原子和钨进行化学反应产生氟化物。

氮化钛刻蚀氮化钛硬掩膜取代传统的氮化硅或氧化层掩膜，用于双大马士革刻蚀工艺。传统掩膜和低 k 介电层之间的选择比不高，会导致在刻蚀完成后出现低 k 介电层顶部圆弧状轮廓以及沟槽宽度扩大，沉积形成的金属线之间的间距过小，容易发生桥接漏电或直接击穿。氮化钛刻蚀通常运用于硬掩膜开孔的过程中，主要反应产物为 TiCl4。 1.3.5. 介质刻蚀介质刻蚀以二氧化硅，氮化硅等电介质为主要刻蚀对象,被广泛应用在芯片制造中。电介质刻蚀主要用于形成接触孔和通道孔，用以连接不同的电路层级。此外，介质刻蚀覆盖的工艺步骤还有硬式遮蔽层刻蚀和焊接垫刻蚀（部分）。介质刻蚀通常采用电容耦合等离子体刻蚀原理的刻蚀机。二氧化硅膜的刻蚀通常采用含有氟化碳的刻蚀气体，如 CF4，CHF3，C2F6，SF6 和 C3F8 等。刻蚀气体中所含的碳可以与氧化层中的氧产生副产物 CO 及 CO2，从而去除氧化层中的氧。CF4 是最常用的刻蚀气体，当 CF4 与高能量电子碰撞时，就会产生各种离子，原子团，原子和游离基。氟游离基可以与 SiO2 和 Si 发生化学反应，生成具有挥发性的四氟化硅（SiF4）。氮化硅膜的刻蚀可以使用 CF4 或 CF4 混合气体（加 O2，SF6 和 NF3）进行等离子体刻蚀。针对 Si3N4 膜，使用 CF4—O2 等离子体或其他含有 F 原子的气体等离子体进行刻蚀时，对氮化硅的刻蚀速率可达到 1200Å/min，刻蚀选择比可高达 20:1，主要产物为具有挥发性，方便被抽走的四氟化硅（SiF4）。