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摘要：本文首先介绍了二氧化硅干法蚀刻的原理，接着研究了各项参数对蚀刻的影响。利用反应离子刻蚀的方法和相关设备进行了一些蚀刻实验，使用不同工艺对二氧化硅进行选择蚀刻工艺研究，得到了不同工艺条件下刻蚀速率、均匀性、选择比等刻蚀参数，并将结果进行比较和分析优化。
关键词：干法蚀刻 二氧化硅 工艺参数 蚀刻参数
一、 引言
在半导体制造工艺中，刻蚀即用化学或者物理的方法有选择性地从硅表面除去不要的材料，然后在硅片上复制需要图形的工艺方法。反应离子蚀刻具有各向异性能进行细微图形转换，由于大规模集成电路工艺飞速发展，为了使得尺寸越来越小，反应离子刻蚀法就变成了小尺寸最有效的蚀刻方式。在刻蚀工艺中选择适当的工艺参数，能得到最好的工艺条件，从而在达到刻蚀效果最好时还能提升刻蚀速率，成为蚀刻工艺的主要衡量标准。
二、 蚀刻工艺相关原理与研究方法
（1）基本原理
反应离子蚀刻具有分辨率高，蚀刻速度快等特点。刻蚀原理是：反应气体被射频辉光放电击穿，出现可以和蚀刻样品表面发生化学反应的等离子体；然后由于电场的作用，离子会射向蚀刻物体面，并且对样品表明进行物理的轰击。蚀刻就是在这样一个物理和化学同时作用下完成的。
（2）基本方法
衬底材料采用硅片，在一些沉积工艺的条件下，通常采用控制沉积时间长短来调整二氧化硅膜的厚度，正是由于工艺条件完全一样，所生成的各个二氧化硅薄膜通常有一样的性质，比如致密性，所以之后的比较才具有科学性。上层二氧化硅薄膜制备完后，由于膜厚在硅片表面必然会产生均匀性分布的问题，因此有必要将硅片原始的厚度测量，来得到相对精确的关于膜厚的数据，使用椭偏仪进行相关测量，对于选择测试点的问题，由于和椭偏仪连接起来的电脑能进行自动处理数据的工作，所以可以尽可能让测量数据点多，这样最后的结果才能更准确的表示出硅片表面的实际膜厚，通过实际操作，最终我们选择在硅片上测试九个点
三、蚀刻研究相关实验
（1）选择比研究
选择比指的是在相同蚀刻条件下其中一种材料和另一种材料蚀刻的速率比例。选择比最接近1时代表蚀刻的平坦化工艺较好，而且蚀刻速率要尽量大，不然耗费时间太多。选择比研究意义可以在一定范围内削薄薄膜的厚度，这样在不影响性能的同时减小材料器件的尺寸，而且可以保证蚀刻的表面平整。下面通过对不同工艺条件进行蚀刻研究，通过对比，分析结果。
固定的条件：CHF3=20sccm，压强5pa，功率400W，要除去光刻胶，不得不添加氧气来蚀刻光刻胶，而对二氧化硅的刻蚀速率无明显影响，由图3所示，总趋势是选择比会随着氧气流量的增大而减小，当氧气流量在3.5sccm左右时，选择比接近1。所以，刻蚀工艺条件为CHF3： O2=20：3.5sccm，压强和功率保持固定条件时，选择比最接近1，是比较良好的平坦化蚀刻工艺条件。
（2）二氧化硅蚀刻的速率以及均匀性
一般均匀性由参数T来衡量：
式中的Vmax与Vmin是用相关仪器测得的薄膜厚度最大值与最小值，Vaverage代表测得的所有值的平均值。图2对应四个不同工艺条件下所做的蚀刻实验，将结果进行对比分析计算，找到较好蚀刻效果所对应的优化工艺条件，最后得到结论，这里提到的温度指的是基片冷却温度。
①气体流量与刻蚀速率的关系
通过比较实验1和2，能得到蚀刻速率和气体流量的对比关系。一般在气体流量很小时，随着气体流量的增加，就增加了反应气体的浓度，此时化学反应与物理轰击都会增强，速率变大。而且，在饱和状态来临之前，蚀刻速率增大的程度会随着气体流量的增大而慢慢减小。结果显示来看，当气体流量按2倍增大时，蚀刻速率增大比较小。这是因为参与化学反应的气体流量在饱和状态下是有限的，因此蚀刻速率的快速增大也是有限的。因此在快要达到饱和状态时的气体流量就已经是较好的选择，保证速率的同时还避免了气体流量过大造成的浪费。
②温度变化对蚀刻速率的影响
这里所说的温度指的是基片冷却温度。在蚀刻工艺中，因为化学反应与物理轰击的同时进行，粒子之间以及粒子与硅片之间的一系列碰撞都会伴随着一定热量的产生，因此会使得硅片表面温度持续升高，而过高的温度必然造成硅片表面受损，所以蚀刻机一定要通过冷却系统来降低硅片的温度从而不影响蚀刻效果。但基片冷却温度对蚀刻速率的影响很小，主要还是由其他因素决定的。
③气体压强与刻蚀速率的关系
通过比较实验3与4，保持固定条件不变的情况下，可以得出反应气体压强与刻蚀速率之间的关系。一般在气体压强很小时，当气体压强变大，蚀刻速率也会一直增大。这是由于当压强增大，就能增大蚀刻反应气体的浓度，从而随着化学反应增强加快了蚀刻的速率。然而，从结果中显示，如果压强增大到一定值，临界饱和状态之后，反应粒子之间的碰撞会增强，反应粒子能量就会损失，因此会使得反应粒子对硅片表面的物理轰击减弱，刻蚀速率就会减小。
④刻蚀速率和均匀性与蚀刻速率关系综述
通过比较实验1与2，如果反应气体中只使用CHF3气体时，当气体流量增加，但基片冷却温度不怎么变化，蚀刻的速率增加不明显，但蚀刻的均匀性变化很大；这是因为当气体流量到饱和状态时，气体流量的增加对刻蚀速率就没什么影响了。与此同时，通过比较实验2、3与4，从实验2到3，如果压强保持不变，引入适当的CF4作反应气体，刻蚀速率增加很快，而均匀性受损严重。通过比较实验3与4，当压强变大后，刻蚀速率变小，而均匀性重新变到很好的状态。因此，气体压强变大明显就必然会导致增加气体间的碰撞更剧烈，这个过程所造成的能量降低就会使得蚀刻速率变小。所以气体压强与基片冷却温度就称得上为影响均匀性的两大要素。
五、结论
通过使用反应离子蚀刻机进行几个蚀刻实验，实用不同的工艺条件，对二氧化硅进行干法蚀刻参数的优化研究。通过对比实验结果，得到决定优化工艺的参数。从結果上看，当CHF3：O2=20： 3.5sccm，5pa， 400W时，是平坦化理论优化的工艺条件。由实验得出的射频功率、反应气压、气流量以及基片冷却温度等参数与蚀刻速率一级均匀性的关系，说明射频功率与气体流量是影响蚀刻速率的两大要素；而选择比通常受到气体流量影响，而通过调节气体流量就能改善选择比的好坏。
参考文献：
[1]高东岳，李莹，郭常厚，等.高选择性的SiO2Si干法腐蚀工艺[J].微处理机，2003..
[2]敬小成，姚若河，吴纬国.二氧化硅干法蚀刻参数的优化研究[J].半导体技术， 2005.
[3]严剑飞，袁凯，太惠玲，吴志明.二氧化硅的干法刻蚀工艺研究[J].微处理机， 2010.
关键词：干法蚀刻 二氧化硅 工艺参数 蚀刻参数
一、 引言
在半导体制造工艺中，刻蚀即用化学或者物理的方法有选择性地从硅表面除去不要的材料，然后在硅片上复制需要图形的工艺方法。反应离子蚀刻具有各向异性能进行细微图形转换，由于大规模集成电路工艺飞速发展，为了使得尺寸越来越小，反应离子刻蚀法就变成了小尺寸最有效的蚀刻方式。在刻蚀工艺中选择适当的工艺参数，能得到最好的工艺条件，从而在达到刻蚀效果最好时还能提升刻蚀速率，成为蚀刻工艺的主要衡量标准。
二、 蚀刻工艺相关原理与研究方法
（1）基本原理
反应离子蚀刻具有分辨率高，蚀刻速度快等特点。刻蚀原理是：反应气体被射频辉光放电击穿，出现可以和蚀刻样品表面发生化学反应的等离子体；然后由于电场的作用，离子会射向蚀刻物体面，并且对样品表明进行物理的轰击。蚀刻就是在这样一个物理和化学同时作用下完成的。
（2）基本方法
衬底材料采用硅片，在一些沉积工艺的条件下，通常采用控制沉积时间长短来调整二氧化硅膜的厚度，正是由于工艺条件完全一样，所生成的各个二氧化硅薄膜通常有一样的性质，比如致密性，所以之后的比较才具有科学性。上层二氧化硅薄膜制备完后，由于膜厚在硅片表面必然会产生均匀性分布的问题，因此有必要将硅片原始的厚度测量，来得到相对精确的关于膜厚的数据，使用椭偏仪进行相关测量，对于选择测试点的问题，由于和椭偏仪连接起来的电脑能进行自动处理数据的工作，所以可以尽可能让测量数据点多，这样最后的结果才能更准确的表示出硅片表面的实际膜厚，通过实际操作，最终我们选择在硅片上测试九个点
三、蚀刻研究相关实验
（1）选择比研究
选择比指的是在相同蚀刻条件下其中一种材料和另一种材料蚀刻的速率比例。选择比最接近1时代表蚀刻的平坦化工艺较好，而且蚀刻速率要尽量大，不然耗费时间太多。选择比研究意义可以在一定范围内削薄薄膜的厚度，这样在不影响性能的同时减小材料器件的尺寸，而且可以保证蚀刻的表面平整。下面通过对不同工艺条件进行蚀刻研究，通过对比，分析结果。
固定的条件：CHF3=20sccm，压强5pa，功率400W，要除去光刻胶，不得不添加氧气来蚀刻光刻胶，而对二氧化硅的刻蚀速率无明显影响，由图3所示，总趋势是选择比会随着氧气流量的增大而减小，当氧气流量在3.5sccm左右时，选择比接近1。所以，刻蚀工艺条件为CHF3： O2=20：3.5sccm，压强和功率保持固定条件时，选择比最接近1，是比较良好的平坦化蚀刻工艺条件。
（2）二氧化硅蚀刻的速率以及均匀性
一般均匀性由参数T来衡量：
式中的Vmax与Vmin是用相关仪器测得的薄膜厚度最大值与最小值，Vaverage代表测得的所有值的平均值。图2对应四个不同工艺条件下所做的蚀刻实验，将结果进行对比分析计算，找到较好蚀刻效果所对应的优化工艺条件，最后得到结论，这里提到的温度指的是基片冷却温度。
①气体流量与刻蚀速率的关系
通过比较实验1和2，能得到蚀刻速率和气体流量的对比关系。一般在气体流量很小时，随着气体流量的增加，就增加了反应气体的浓度，此时化学反应与物理轰击都会增强，速率变大。而且，在饱和状态来临之前，蚀刻速率增大的程度会随着气体流量的增大而慢慢减小。结果显示来看，当气体流量按2倍增大时，蚀刻速率增大比较小。这是因为参与化学反应的气体流量在饱和状态下是有限的，因此蚀刻速率的快速增大也是有限的。因此在快要达到饱和状态时的气体流量就已经是较好的选择，保证速率的同时还避免了气体流量过大造成的浪费。
②温度变化对蚀刻速率的影响
这里所说的温度指的是基片冷却温度。在蚀刻工艺中，因为化学反应与物理轰击的同时进行，粒子之间以及粒子与硅片之间的一系列碰撞都会伴随着一定热量的产生，因此会使得硅片表面温度持续升高，而过高的温度必然造成硅片表面受损，所以蚀刻机一定要通过冷却系统来降低硅片的温度从而不影响蚀刻效果。但基片冷却温度对蚀刻速率的影响很小，主要还是由其他因素决定的。
③气体压强与刻蚀速率的关系
通过比较实验3与4，保持固定条件不变的情况下，可以得出反应气体压强与刻蚀速率之间的关系。一般在气体压强很小时，当气体压强变大，蚀刻速率也会一直增大。这是由于当压强增大，就能增大蚀刻反应气体的浓度，从而随着化学反应增强加快了蚀刻的速率。然而，从结果中显示，如果压强增大到一定值，临界饱和状态之后，反应粒子之间的碰撞会增强，反应粒子能量就会损失，因此会使得反应粒子对硅片表面的物理轰击减弱，刻蚀速率就会减小。
④刻蚀速率和均匀性与蚀刻速率关系综述
通过比较实验1与2，如果反应气体中只使用CHF3气体时，当气体流量增加，但基片冷却温度不怎么变化，蚀刻的速率增加不明显，但蚀刻的均匀性变化很大；这是因为当气体流量到饱和状态时，气体流量的增加对刻蚀速率就没什么影响了。与此同时，通过比较实验2、3与4，从实验2到3，如果压强保持不变，引入适当的CF4作反应气体，刻蚀速率增加很快，而均匀性受损严重。通过比较实验3与4，当压强变大后，刻蚀速率变小，而均匀性重新变到很好的状态。因此，气体压强变大明显就必然会导致增加气体间的碰撞更剧烈，这个过程所造成的能量降低就会使得蚀刻速率变小。所以气体压强与基片冷却温度就称得上为影响均匀性的两大要素。
五、结论
通过使用反应离子蚀刻机进行几个蚀刻实验，实用不同的工艺条件，对二氧化硅进行干法蚀刻参数的优化研究。通过对比实验结果，得到决定优化工艺的参数。从結果上看，当CHF3：O2=20： 3.5sccm，5pa， 400W时，是平坦化理论优化的工艺条件。由实验得出的射频功率、反应气压、气流量以及基片冷却温度等参数与蚀刻速率一级均匀性的关系，说明射频功率与气体流量是影响蚀刻速率的两大要素；而选择比通常受到气体流量影响，而通过调节气体流量就能改善选择比的好坏。
参考文献：
[1]高东岳，李莹，郭常厚，等.高选择性的SiO2Si干法腐蚀工艺[J].微处理机，2003..
[2]敬小成，姚若河，吴纬国.二氧化硅干法蚀刻参数的优化研究[J].半导体技术， 2005.
[3]严剑飞，袁凯，太惠玲，吴志明.二氧化硅的干法刻蚀工艺研究[J].微处理机， 2010.