dry的原理_6、干货！老司机带你利用高中化学知识理解蚀刻（dry etch）选择比（selectivity）原理......

前面已经介绍过蚀刻(dry etch)选择比(selectivity)的概念，即为薄膜的蚀刻速率与衬底或者掩膜的蚀刻速率的比值。

对衬底材料选择比(S1=ER1/ER2)：被蚀刻薄膜与衬底的蚀刻速率比值；

对掩膜材料选择比(S2=ER1/ER3)：被蚀刻薄膜与掩膜的蚀刻速率比值。

所谓高选择比指的是蚀刻薄膜时，上面的掩膜材料(PR or HM)或下面的衬底材料不被蚀刻或较小的被蚀刻。随着摩尔定律的发展，制程线宽的不断缩小，高选择比(high selectivity)蚀刻(dry etch )越来越重要。

图1 选择比示意图

例如为了提高litho曝光的解析度，光阻(PR)的厚度越来越薄，因此为了保证在蚀刻(dry etch)过程中光阻不会被完全去除，要求光阻的蚀刻速率很小，从而保证高选择比。

又例如poly gate 下面的栅氧(gate oxide)层厚度随着制程线宽缩小而不断变薄，在poly gate etch过程中，如果选择比不高，容易吃穿gate oxide，造成器件失效。

理解选择比的重要性以后，接下来的问题就是如何选择蚀刻气体来实现高选择比？下面举poly gate etch为例，具体说明如何选择气体来实现高选择比。

poly gate(poly silicon)的主要成分是多晶硅，上面是掩膜(PR)，下面是gate oxide(SiO2)。litho曝光完成后，接下来就是poly gate etch。

首先来回忆一下高中化学知识：化学反应的实质是反应物化学键的断裂和生成物化学键的形成；反应朝着键能大的方向进行；键能指的是断开1mol化学键时所需要吸收的能量。

蚀刻前的键能是(Si---Si，Si---O)，蚀刻后的键能是(C---O，Si---F，Si---Cl，Si---Br)，各个键能大小如下表：

图2 各种化学键对应的键能

由于Si---Si(54)键能最小，Si---F(132)，Si---Cl(96)，Si---Br(88)键能均比Si---Si(54)大，所以含F，Cl，Br的气体均能蚀刻多晶硅。Si---O(111)键能比Si---Cl(96)，Si---Br(88)大，而比Si---F(132)小，所以含Cl和Br的气体蚀刻 Si---Si键的同时，不能蚀刻Si---O键。C---O(257)键能最大，当反应气体中有C存在时，Si---O(111)键会断裂生成C---O(257)键。

综上所述，选用Cl2和HBr容易获得高选择比，而含C、F、Cl的气体选择比较低，实际etch recipe中会添加O2来降低对SiO2的蚀刻速率，从而提高选择比，具体原理大家可以思考下，欢迎下面留言、提问、解答。

实际的etch recipe会分main etch和over etch，ME主要考虑蚀刻速率(etch rate)，而OE主要考虑选择比(selectivity)，ME和OE选择的气体一般不同。

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