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干刻蚀对于不同负载效应造成选择比差异导致的缺陷 分析与解决方案 1，2 1 赵弘鑫 ，程秀兰 1 上海交通大学微电子学院，上海（200030 ） 2 中芯国际集成电路制造（上海）有限公司Line C ，上海（201203 ） E-mail ：summer_zhao@ 摘 要: 在半导体制造工艺的干法刻蚀（Dry Etching ）中，对于刻蚀薄膜表面面积大小的差 异性会造成负载效应（Loading effect ）。然而这种负载效应影响到干刻蚀的蚀刻率（Etch Rate ） 和选择比(Selectivity)而在产品上出现严重的缺陷。本文阐述了负载效应的基本原理和造成选 择比差异性的成因以及对于由此产生产品缺陷的具体解决方案。 关键词：半导体制造, 干法刻蚀, 负载效应, 选择比, 缺陷 中图分类号：TN4; 文献标识码：B 1. 引言 干法刻蚀[1],[2] 已经在半导体制造工艺中应用了很多年了。由于干法刻蚀对薄膜有非常良 好的非等向蚀刻性(Anisotropic Etch) 以及选择比(Selectivity) 使得干法刻蚀在小线宽的制程 完全替代了原有的湿法刻蚀（Wet Etching ）。 干法刻蚀的非等向蚀刻性(Anisotropic Etch)， 刻蚀率（Etching Rate ），选择比(Selectivity)和负载效应（Loading effect ）成为干法刻蚀的四 大主要研究对象。 2. 负载效应产生的机理分析[3],[4] 随着工艺尺寸的逐渐缩小，不同的薄膜材质和结构使得干法刻蚀的制程的复杂性和工艺 难度大大提高。对于干法刻蚀的制程的四大研究对象的深入研究和探讨对进入纳米级的微电 子工艺显得越来越重要。然而负载效应的机理研究要基于其他三个研究对象。让我们先从干 法刻蚀的非等向蚀刻性，刻蚀率和选择比的研究来引出负载效应的成因。 2.1 干法刻蚀的非等向蚀刻性(Anisotropic Etch) 一般蚀刻技术可分为等向性(Isotropic)与非等向性(Anisotropic)两种，其蚀刻形成的形状 如图所示。等向性蚀刻表示横向和纵向之蚀刻率相同，非等向性蚀刻则为横向性蚀刻率很慢 或为0， 因此，可较完美调控蚀刻截面轮廓(Etch Profile)和线宽(CD Control) 。 2.2 干法刻蚀的刻蚀率（Etching Rate ） 蚀刻率与均匀性是蚀刻性能优异与否的依据之一，蚀刻率愈快，表示产量愈大。但 是，并不代表快就是好，适当的蚀刻速率只是制程能力表现的其中一项指针。 均匀性指的是芯片不同位置的相对表现差异。一般除了within wafer 均匀性之外，还有 within lot ， lot to lot 之均匀性。 均匀性愈好，代表芯片品质控制愈完善。 2.3 干法刻蚀的选择比(Selectivity) 干法刻蚀的选择比定义为对于不同材质之薄膜间的蚀刻速率比。 在干法刻蚀时因为 需要对不同的薄膜材质结构使用不同程度的轰击作用(Ion Bombardment)和化学性蚀刻 (Chemical reaction)，以提升刻蚀的品质。因此对不同材质薄膜间的干法刻蚀需要达到完美的 蚀刻选择比才能制造出高品质的器件。 - 1 - 2.4 干法刻蚀的负载效应（Loading effect ） 干法刻蚀的刻蚀率随着蚀刻表面的面积大小的变化而产生不同的特性被称之为负载效 应。负载效应其实就是等离子体浓度（Plasma Density ）和刻蚀率的相关性。刻蚀剂的浓度 和刻蚀率成正比，和所需刻蚀的薄膜表面面积大小成反比。当所需刻蚀的薄膜表面面积增大，