董婉 徐海文 戴忠玲 宋远红 王友年

(大连理工大学物理学院, 三束材料改性教育部重点实验室, 大连 116024)

1 引 言

等离子体刻蚀相比于传统的湿法刻蚀具有各向异性的特性使其已经成为芯片制造中不可缺少的关键步骤[1,2], 可以实现对多晶硅(Si)[3]、氮化硅(Si3N4)[4]、氧化硅(SiO2)[5]和金属材料[6,7]的刻蚀.随着芯片特征尺寸的缩小, 人们对等离子体刻蚀技术提出了更高的要求, 也开展了相应的深入研究.例如: Huang 等[8]模拟研究了Ar/C4F8/O2容性放电中深宽比近100∶1 的介质刻蚀; 为实现准原子层刻蚀, Takayoshi 等[9]研究了等离子体和材料相互作用的自限制性, 以期获得接近理想的等离子体刻蚀速率和精细刻蚀.

在等离子体刻蚀中, 离子和中性基团的协同作用起着至关重要的作用[10,11].如果只使用准直的离子轰击去除目标材料, 效率会非常低[12].例如在碳氟化合物气体放电中产生诸如CF2之类的中性基团, 它们与SiO2表面反应会生成钝化层, 从而减低SiO2的去除阈值, 与离子轰击直接去除SiO2相比, 刻蚀率更高[13,14].然而, 在等离子体刻蚀中, 如果产生过多CF2基团还可能彼此结合形成聚合物并积累在钝化层之上[15,16], 离子首先要去除聚合物, 然后才能刻蚀钝化层, 实现去除目标材料的目的, 所以聚合物的堆积会影响刻蚀速率.因此, 很多的研究工作[17−24]会关注该领域科学问题, 特别是关心其中离子和中性基团的协同作用.针对碳氟气体刻蚀Si 材料, Winters 等[19]在实验上不仅详细研究了离子在刻蚀中的作用, 还发现中性基团和表……