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刻蚀选择性与各向异性:分清材料和方向

刻蚀选择性比较规定条件下不同材料的去除行为;各向异性比较不同方向或晶向的去除行为。一套工艺可以很好地区分材料,却仍让目标材料横向退缩;也可以具有明显方向性,同时损伤暴露的邻近材料。[T1]

选择性必须说清材料对

只说“刻蚀很有选择性”并不完整,必须指出目标材料和要保留的材料。相对于掩膜的选择性,与相对于下层膜的选择性,是不同关系;能保护其中一种,不代表能同样保护另一种。

这些关系还取决于具体条件与表面。某一材料对上的选择性,不能扩展成“遇到任何界面都能停止”。实际膜栈决定哪一项保护要求最重要。

Process checkpoint · 工艺坐标

28nmM2Step 218
工艺截面示意图 · 28nm Planar Flow · 步骤 218

理解 V1M2 Etch 的工艺作用

查看介质开口中轮廓控制与材料损伤约束如何同时存在。

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方向性回答另一类问题

在图形转移中,各向异性经常描述向下去除相对于沿掩膜下方横向去除的偏好。定向离子辅助与表面反应可以共同形成这种轮廓。因此,有化学作用不等于一定各向同性,有离子参与也不等于侧壁必然完全垂直。[T1]

依赖晶向的湿法刻蚀也使用“各向异性”一词,但这里比较的是不同晶体方向。它与等离子体中向下转移图形不是同一种机制,需要说明语境。

情形材料保留形状保留
选择性高,但目标横向去除明显邻近材料可能保留掩膜边缘下切仍可能出现
目标去除定向,但选择性较弱可以形成较直轮廓暴露的掩膜或下层可能损失
两者都满足要求所需材料可以保留预期图形转移才有条件成立

停止层不是解释终点

去除速率较低的下层材料有助于定义边界,但不是无限耐受的墙。不同位置清除完成的时刻可能不同,下层暴露历程也不同。因此,操作末段仍需考虑局部轮廓和保护。

掩膜同样有自己的暴露历程。即使目标相对下层的选择性有利,掩膜边缘若发生变化,下方转移的图形也可能改变。只评价底部界面,会漏掉这个横向边界问题。[T1]

用两个问题读图

先问哪些材料要消失、哪些材料必须保留,这是选择性问题。再问边界可以向哪里移动、哪里应该不动,这是形状与方向性问题。

如果停止层完好,但出现明显下切,说明其中一项比另一项更接近要求;如果侧壁较直,但下层受损,则相反。无论哪张图,都不能只凭一项性质宣称整个刻蚀成功。

原始资料链接

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

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常见问题

选择性高就保证侧壁垂直吗?
不能。材料区分和定向去除是不同性质。
湿法刻蚀一定各向同性吗?
不是,部分湿法刻蚀对晶向有明显依赖。
停止层也会被消耗吗?
会。速率较低不等于完全不去除,暴露历程与保留要求仍然重要。

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