干法刻蚀之铝刻蚀在集成电路的制造过程中，刻蚀就是利用化学或物理
方法
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有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。 干法的各向异性刻蚀，可以用表面损伤和侧壁钝化两种机制来解释。表面损伤机制是指，与硅片平行的待刻蚀物质的图形底部，表面的原子键被破坏，扩散至此的自由基很容易与其发生反应，使得这个方向的刻蚀得以持续进行。与硅片垂直的图形侧壁则因为表面原子键完整，从而形态得到保护。侧壁钝化机制是指，刻蚀反应产生的非挥发性的副产物，光刻胶刻蚀产生的聚合物，以及侧壁表面的氧化物或氮化物会在待刻蚀物质表面形成钝化层。图形底部受到离子的轰击，钝化层会被击穿，露出里面的待刻蚀物质继续反应，而图形侧壁钝化层受到较少的离子轰击，阻止了这个方向刻蚀的进一步进行。 在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及以上的逻辑产品中。本文着重介绍金属铝的刻蚀工艺。 金属铝刻蚀通常用到以下气体：Cl2、BCl3、Ar、N2、CHF3和C2H4等。Cl2作为主要的刻蚀气体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物AlCl3被气流带出反应腔。BCl3一方面提供BCl3＋，垂直轰击硅片表面，达到各向异性的刻蚀。另一方面，由于铝表面极易氧化成氧化铝，这层自生氧化铝在刻蚀的初期阻隔了Cl2和铝的接触，阻碍了刻蚀的进一步进行。添加BCl3则利于将这层氧化层还原（如方程式1），促进刻蚀过程的继续进行。 Al2O3+3BCl3→2AlCl3+3BOCl（1） Ar电离生成Ar＋，主要是对硅片表面提供物理性的垂直轰击。N2、CHF3和C2H4是主要的钝化气体，N2与金属侧壁氮化产生的AlxNy，CHF3和C2H4与光刻胶反应生成的聚合物会沉积在金属侧壁，形成阻止进一步反应的钝化层。 一般来说，反应腔的工艺压力控制在6-14毫托。压力越高，在反应腔中的Cl2浓度越高，刻蚀速率越快。压力越低，分子和离子的碰撞越少，平均自由程增加，离子轰击图形底部的能力增强，这样刻蚀反应速率不会降低甚至于停止于图形的底部。 目前金属刻蚀机台广泛采用双射频功率源设计，如应用材料公司DPS（decoupleplasmasource）金属刻蚀机台。偏置功率用来加速正离子，提供垂直的物理轰击，源功率用来提高反应腔体内的等离子体的浓度。这种双功率的设计可以实现对离子体的能量和浓度的独立控制，扩大了刻蚀工艺的工艺窗口和性能。 在金属铝的上下通常会淀积金属钛或氮化钛，形成氮化钛/铝/氮化钛/钛的结构。用来刻蚀铝的Cl2与钛反应生成挥发性相对较低的TiCl4，刻蚀氮化钛的速率只有刻蚀铝的1/3-1/4,因此减少Cl2或是增加BCl3和偏置功率，都有利于提高氮化钛和钛的刻蚀速率。 在金属铝中通常会加入少量的硅和铜来提高电子器件的可靠性。硅和Cl反应生成挥发性的SiCl4，很容易被带出反应腔。铜与Cl反应生成的CuCl2挥发性却不高，因此需要加大物理性的离子轰击把铜原子去掉，一般可以通过加大Ar和增加偏置功率来实现。 当铝刻蚀完成之后，硅片表面、图形侧壁和光刻胶表面残留的Cl，会和铝反应生成AlCl3，继而与空气中的水分发生自循环反应（如方程式2），造成对铝的严重侵蚀（corrosion）。因此，在刻蚀工艺完成后，一般会用H2O和O2的等离子体把氯和光刻胶去除,并且在铝表面形成氧化铝来保护铝。
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