4、干法蚀刻（dry etch）原理介绍

前面已经简单介绍干法蚀刻的基本过程，这一节深入介绍干法蚀刻的基本原理，包括物理蚀刻，化学蚀刻，和反应离子蚀刻。

物理蚀刻主要是用plasma轰击wafer表面，粒子与粒子之间发生碰撞，达到蚀刻的目的，整个过程全部是物理变化，没有新的物质生成。物理蚀刻是各向异性的，蚀刻方向沿着plasma速度方向，其他方向基本没有蚀刻，物理蚀刻没有选择性，高能离子可能会损伤器件。

化学蚀刻主要是用plasma与wafer表面材料发生化学反应，生成副产物，然后被抽走的过程，化学蚀刻有个要求就是副产物主要是气体，容易被抽走，化学蚀刻是各项同性的，但蚀刻过程中会产生聚合物polymer，会沉积在侧壁，实现各向异性的效果，通过调节化学蚀刻气体比例可以实现不同flim的选择比。

反应离子蚀刻的原理是综合物理和化学蚀刻的过程，一般的干法蚀刻都是反应性离子蚀刻，单纯的物理和化学蚀刻很少在工业上应用。

图1 physical etching 示意图

图2 chemical etching示意图

图3 reactive ion etching 示意图

物理蚀刻主要是用氩气（Ar）轰击wafer表面材料，由于Ar是惰性气体，不会影响plasma的化学性质，物理蚀刻效果明显。化学蚀刻主要用含碳氟气体（CXFY），基本原理是F自由基与Si结合生成气态的SiF4，副产物容易被抽走。

碳氟气体（CF4，CHF3，C3F8等）在化学蚀刻过程中生成的不饱和物质会发生链化反应生成聚合物（polymer），沉积在侧壁的polymer会阻止横向蚀刻的进行，这对吃出高的深宽比形貌有利，但沉积在电极和chamber里的polymer是defect source，掉下来就会形成surface particle 和pattern fail，这是dry etch 两种典型的defect。氟碳比（F/C）决定polymer的生成，其中F/C越小，生成的polymer越多，反之F/C越大，生成的polymer越少，其中的原理是F主要与Si反应生成 SiF4， C是形成polymer的源头，C含量越高，polymer越多，至于为什么是碳生成polymer，这涉及到高分子材料的知识，这里不仔细介绍，感兴趣的朋友可以私底下找我交流。

图4  三种dry etch总结

polymer是把双刃剑，在蚀刻recipe中，要控制好polymer的生成量，过多或过少都会影响蚀刻结果，一般通过添加氢气（H2）和氧气（O2）控制polymer的量，氧气的作用是清除polymer，氢气的作用是增加polymer的生成，为什么O2可以清除polym？，H2可以增加polymer的含量？，欢迎知道的朋友后面留言，不知道的朋友底下提问，我会回复大家的。

图5  etch 曲线

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