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湿法与干法刻蚀:按任务比较机理与取舍

湿法与干法刻蚀:先分清什么

湿法刻蚀通过液相反应去除材料;干法刻蚀使用气相物种,并可能结合化学反应与离子轰击。这些名称说明工艺类别,本身不能确定材料选择比、侧壁形状或是否无损伤。比较时先写清需要去除什么、保留什么,以及反应物能到达哪些表面。[T1]

面对一个去除任务,关键是机理如何产生所需结果。整片膜层剥离与图形开口,即使去除同一种材料,也可能提出不同要求。下面先拆分这些要求,再把它们放回工艺流程中理解。

Process map · 流程地图

40nm流程地图流程概览

40nm BSI CMOS Image Sensor

在公开侧墙模块中分开薄膜形成与塑形去除,不从名称推定化学体系或实测轮廓。

从去除任务开始

设想一层待去除的膜覆盖在需要保留的第二种材料上。第一个问题是:目标膜能否清除,同时让下层膜或掩模的损耗保持在可接受范围?选择比比较的是特定条件下两种材料的去除速率,不是“湿法”或“干法”名称附带的固定性质。[T1]

再加上一层图形掩模。即使掩模本身没有消失,其边缘下方的侧向去除也可能改变最终开口。这属于轮廓问题,与材料速率比较不同。一种工艺可以明显区分两种材料,同时仍向侧面刻蚀目标膜;反过来,具有方向性的工艺也可能消耗掩模或损伤暴露表面。术语和几何关系可接着看刻蚀选择比与各向异性。

把任务写成三句话:去除这层膜;保留这些相邻表面;留下这种目标形状。先让约束清楚,再比较工艺类别。

比较可达性、反应和产物移除

湿法过程中,液体需要接触目标表面,反应物需要到达那里,反应产物也需要离开。化学反应有利,并不能单独证明每个暴露区域都能均匀去除;可达性与传输仍是解释的一部分。湿法刻蚀概述进一步说明液相机理。[T1]

在等离子体干法过程中,活性中性物种提供化学作用,离子可以提供具有方向性的能量。两者可能相互配合:轰击可以促进反应,也可以去掉朝向离子通量的表面上的抑制层。这有助于解释同一图形的底部与侧壁为何表现不同,却不意味着所有干法工艺都采用相同的作用平衡,或都能得到竖直侧壁。[T1]

把去除不完全和非目标材料损耗分开观察。残留可能说明目标尚未清除;相邻表面变化则说明该表面保护不足。任何一项观察都不能单独确定化学体系,也不能证明换一个工艺类别就能解决任务。

用两个反例检验分类

湿法并非总是各向同性。 某些晶体硅湿法刻蚀依赖晶体取向,不同晶面的反应表现不同,因而不能用“液体在所有方向刻得一样快”的通则解释轮廓。这个例外也不能确定非晶氧化物或所有湿法化学体系的行为。[T1]

干法并非总有方向性。 气相中性物种的化学去除可以到达侧向表面。离子辅助方向性需要机理证据,不能由“干法”名称直接保证。同样,具有方向性的去除也不能证明选择比高或界面没有损伤。[T1]

观察有助于确认什么仍然不知道什么
目标清除后,相邻膜仍保留所观察任务中的材料区分能力侧向轮廓、其他区域损耗及工艺边界
开口的侧向钻蚀较小该图形中的方向性掩模消耗与界面损伤
不同硅晶面的退缩不同与取向有关的去除其他材料或化学体系的行为

这些是判断观察含义的例子,不是选配方的步骤。均匀性、重复性、通量和废弃物都需要具体应用证据,不能断言一整类工艺全面胜出。

在流程图中读材料交接

公开的40nm BSI CMOS图像传感器概览在侧墙模块摘要中展示垫氧化物沉积、氮化硅沉积和氮化硅各向异性回刻。利用这些可见名称,分开薄膜形成与后续塑形去除任务。名称说明预期职责,不能确定化学体系或实测轮廓。

学习任务是区分先沉积的膜层与随后执行的去除操作,再说明哪种相邻结构需要继续发挥作用。公开模块摘要提供流程位置,上文的机理比较提供需要追问的问题;它不是完整步骤序列。详细课程步骤的访问遵循本站当前权限。

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

湿法刻蚀一定各向同性吗?
不是。某些晶体硅湿法刻蚀依赖晶体取向。这个例外不能确定其他材料或化学体系的表现,方向性仍需针对实际去除任务判断。
干法刻蚀能保证竖直侧壁吗?
不能。气相化学去除可以向侧面发生。定向离子辅助有助于形成各向异性轮廓,但干法名称本身不能确定机理、选择比或损伤。
高选择比能确定蚀刻剂吗?
不能。选择比描述的是特定条件下,指定材料对的去除速率关系,不能唯一确定化学体系,也不能证明特定轮廓。

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