一文说清干法刻蚀中各种气体的作用

一、含氟（F）等离子体刻蚀气体

1. CF₄（四氟化碳）

作用：

刻蚀SiO₂、SiN、Si（搭配O₂或H₂调节C/F比例：O₂减少聚合物，H₂增加聚合物）。

产生CF₃⁺、F自由基，兼具化学与离子轰击刻蚀。

原理

：F与Si/SiO₂键结合生成挥发性SiF₄。

搭配气体

：O₂（加速刻蚀）、H₂（增强侧壁保护）。

2. SF₆（六氟化硫）

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作用：

高效刻蚀Si，适合无图形区清洗或深硅刻蚀（DRIE）。

清洁腔室。

特点

：刻蚀速率高，晶圆边缘易出现过蚀，需控制流均匀性。

3. C₄F₈（八氟环丁烷）

作用：

强聚合性气体，生成聚合膜用于侧壁钝化（例如Bosch深硅刻蚀工艺）。

搭配气体

与SF₆交替使用，形成刻蚀-钝化循环。

4. CHF₃（三氟甲烷）

作用：

刻蚀SiO₂、SiN，同时形成轻微聚合物，适合浅沟槽工艺。

提供F与聚合物的平衡，控制刻蚀侧壁角度。

5. CF₃I（三氟碘甲烷）

作用：

新兴环保替代气体，提供F自由基，低温下稳定，常用于取代CF₄。

6. ClF₃（三氟化氯）

作用：

极强的清洗与刻蚀能力，常用于机台原位干清洗（尤其是CVD腔体）。

常温下也具刻蚀性，不需等离子体激活。

7. ClF₅（五氟化氯）

作用：

强氧化性气体，替代ClF₃用于原位清洗，清洗能力更强但活性更高。

8. NF₃（三氟化氮）

作用：

CVD

设备原位清洗主力气体，激发后产生F自由基清除沉积物（Si、SiN、SiO₂）。

安全性优于ClF₃，使用范围广。

二、非含氟类

9. O₂（氧气）

作用：

与含碳气体配合，调控聚合物生成；

增强刻蚀速率（如CF₄+O₂），也用于灰化（ashing）。

与含碳物质反应

10. Ar（氩气）

作用：

提供物理刻蚀能量（离子轰击），无化学反应；

用于稀释气氛、提升各向异性。

11. He（氦气）

作用：

作为背面冷却气体，稳定晶圆温度；

用于等离子体稀释或辅助放电启动。

12. N₂（氮气）

作用：

腔室惰性气体，防止反应过度；

可与O₂共同使用于poly刻蚀，调节selectivity与profile。

13. BCl₃（三氯化硼）

作用：

常用于金属（如Al、Ti）刻蚀；

与Cl₂组合使用提高选择性与刻蚀速率。

14. HCl（氯化氢）

作用：

常用于刻蚀SiGe、Ge、SiC等材料；

气相退火、表面清洁。

15. HBr（氢溴酸气体）

作用：

高选择比poly刻蚀（对氧化层）；

有效控制侧壁保护和profile。

16.Cl2（氯气）

作用：

· 常用于金属刻蚀（如Al、Ti、W、Mo等），也可刻蚀Si与III-V族材料（如GaAs、InP）；

· 与金属反应生成低沸点的氯化物（如AlCl₃、TiCl₄），易挥发，从而实现刻蚀；

· 在某些高深宽比结构中，与BCl₃组合使用，可改善侧壁垂直度；

· 氯系气体具有较强的反应性，

发布于：广东省