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第十二章  刻 蚀 ; 刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制掩膜图形。有图形的光刻胶层在刻蚀中不受到腐蚀源显著的侵蚀。这层掩蔽膜用来在刻蚀中保护硅片上的特殊区域而选择性地刻蚀掉未被光刻胶保护的区域（见图12.1）。在通常的CMOS工艺流程中刻蚀都是在光刻工艺之后进行的。从这一点来说，刻蚀可以看成在硅片上复制所想要的图形的最后主要图形转移工艺步骤。 ;;12.1 刻蚀工艺; 干法刻蚀是把硅片表面曝露于气态中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应（或这两种反应），从而去掉曝露的表面材料。 干法刻蚀根据被刻蚀的材料类型来分类。按材料来分，刻蚀主要分成三种：金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。; 1. 介质刻蚀是用于介质材料的刻蚀，如二氧化硅。 2. 硅刻蚀（包括多晶硅）应用于需要去除硅的场合，如刻蚀多晶硅晶体管栅和硅槽电容。 3. 金属刻蚀主要是在金属层上去掉铝合金复合层，制作出互连线。; 刻蚀可以分成有图形刻蚀和无图形刻蚀。有图形的刻蚀采用掩蔽层（有图形的光刻胶）来定义要刻蚀掉的表面材料区域，只有硅片上被选择的这一部分在刻蚀过程中刻掉。 ;12.1.2 刻蚀参数 为了复制硅片表面材料上的掩膜图形，刻蚀必须满足一些特殊的要求。 一．刻蚀速率 刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度（见图12.2），通常用?/min表示。刻蚀速率用下式来计算： 刻蚀速率 = ΔT/t （?/min） 其中，ΔT =去掉的材料厚度（?或μm），t =刻蚀所用的时间（分）。;;二．刻蚀剖面 刻蚀剖面指的是刻蚀图形的侧壁形状。有两种基本的刻蚀剖面：各向同性和各向异性刻蚀剖面。各向同性的刻蚀剖面是在所有方向上（横向和垂直方向）以相同的刻蚀速率进行刻蚀，导致被刻蚀材料在掩膜下面产生钻蚀（见图12.3）而形成的，这带来不希望的线宽损失。湿法化学腐蚀本质上是各向同性的，因而湿法腐蚀不用于亚微米器件中的选择性图形刻蚀。一些干法等离子体系统也能进行各向同性刻蚀;; 对于亚微米尺寸的图形来说，希望刻蚀剖面是各向异性的，即刻蚀只在垂直于硅片表面的方向进行（见图12.4），只有很少的横向刻蚀。这种垂直的侧壁使得在芯片上可制作高密度的刻蚀图形。各向异性刻蚀对于小线宽图形亚微米器件的制作来说非常关键。先进集成电路应用上通常需要88到89o垂直度的侧壁。各向异性刻蚀大部分是通过干法等离子体刻蚀来实现的。 ;;;三．刻蚀偏差 刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸间距的变化（见图12.5）。它通常是由于横向钻蚀引起的（见图12.6），但也能由刻蚀剖面引起。当刻蚀中要去除掩膜下过量的材料时，会引起被刻蚀材料的上表面向光刻胶边缘凹进去，这样就会产生横向钻蚀。;;; 计算刻蚀偏差的公式如下： 刻蚀偏差 = Wb ― Wa 其中，Wb =刻蚀前光刻胶的线宽， Wa =光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽。;四．选择比 选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多少。它定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比（见图12.7）。高选择比意味着只刻除想要刻去的那一层材料。;; 对于被刻蚀材料和掩蔽层材料的选择比SR可以通过下式计算： SR = Ef / Er 其中，Ef =被刻蚀材料的刻蚀速率， Er =掩蔽层材料的刻蚀速率。;五．均匀性 刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数。均匀性与选择比有密切的关系，因为非均匀性刻蚀会产生额外的过刻蚀。保持硅片的均匀性是保证制造性能一致的关键。具有高深宽比硅槽的刻蚀速率要比具有低深宽比硅槽的刻蚀速率慢。这一现象被称为深宽比相关刻蚀（ARDE），也被称为微负载效应。为了提高均匀性，必须把硅片表面的ARDE效应减至最小。 ;六．残留物 刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料。它常常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。它的产生有多种原因，例如被刻蚀膜层中的污染物、选择了不合适的化学刻蚀剂（如刻蚀太快）、腔体中的污染物、膜层中不均匀的杂质分布。刻蚀残留物是IC制造过程中的硅片污染源，