半导体光刻工艺流程分析

等离子体蚀刻机需要与湿法蚀刻相同的元素：化学蚀刻剂和能量源。从物理上讲，等离子体蚀刻机由室、真空系统、气体供应、终点检测器和电源组成（如下图所示）。晶圆被装入室中，室内的压力被真空系统降低。真空建立后，室中充满反应气体。对于硅二氧化物的蚀刻，气体通常是与氧气混合的CF4。电源在室内的电极上产生射频（RF）场。该领域激发气体混合物进入等离子体态。在激发状态下，氟攻击硅二氧化物，将其转化为挥发性成分，由真空系统从系统中移除。

平面等离子体蚀刻

对于更精确的蚀刻，使用平面等离子体系统。这些系统包含桶系统的基本信息，但晶圆放置在RF电极下的接地托盘上（如下图所示）。蚀刻是在晶圆实际上在等离子体场中进行的。蚀刻离子比桶系统中的离子更具方向性，导致更各向异性的蚀刻。几乎垂直的侧壁可以通过等离子体蚀刻实现。通过在系统中旋转晶圆托盘来增加蚀刻均匀性。

平面等离子体蚀刻系统设计为批量和单晶圆室配置。单晶圆系统因其能够紧密控制蚀刻参数以实现均匀蚀刻而受欢迎。此外，带有装载锁室的单晶圆系统可以保持高生产率，并且适合基于轨道的联机自动化。

RF产生的平行板等离子体源正在让位于0.35微米处理的新来源。

正在考虑的高密度、低压力等离子体源包括电子回旋共振（ECR）、高密度反射电子、螺旋波、感应耦合等离子体（ICP）和变压器耦合等离子体（TCP）。

干法蚀刻的优劣包括：蚀刻速率、辐射损伤、选择性、颗粒产生、蚀刻后腐蚀和所有权成本。

蚀刻速率

等离子体系统的蚀刻速率由许多因素决定。系统设计和化学是其中两个。其他是离子密度和系统压力。离子密度（离子数/立方厘米）是供电量到电极的函数。（电源配置在后面章节中描述。）增加功率会产生更多离子，进而增加蚀刻速率。离子密度类似于增加液体化学蚀刻溶液的强度。离子密度在3×10^10到3×10^12范围内。

系统压力通过称为平均自由路径的现象影响蚀刻速率和均匀性。这是气体原子或分子在与另一粒子碰撞之前平均会行进的距离。在较高压力下，有许多碰撞使粒子具有许多方向，这反过来会导致边缘轮廓控制的丧失。低压力更受欢迎，但存在与等离子体损伤的权衡，如下所述。系统压力通常在0.4到50毫托的范围内。

蚀刻速率在600到2000埃/分钟之间变化。

辐射损伤

似乎高密度源与低压力是首选的系统设计。然而，存在对晶圆的辐射或等离子体损伤的相反过程。等离子体场内存在能量原子、自由基、离子、电子和光子。

这些物种，根据它们的浓度和能量水平，会在半导体中引起各种损伤。损伤包括表面泄漏、电气参数变化、膜层退化（尤其是氧化物）以及对硅的损伤等。有两种损伤机制。一种是简单地过度暴露于等离子体中的高能物种。另一种是介电损耗，来自在蚀刻周期中跨介电材料流动的电流。