第9章刻蚀⼯艺
1.列举出集成电路芯⽚制造过程中的⾄少3种必须刻蚀的材料
单晶硅、多晶硅、电介质（⼆氧化硅和氮化硅）和⾦属

2.从CMOS芯⽚横截⾯说明⾄少3种刻蚀⼯艺
刻蚀技术包括：湿法刻蚀，⼲法刻蚀（等离⼦体刻蚀），反应离⼦刻蚀rie（也称为离⼦辅助刻蚀）
四种主要的刻蚀⼯艺是：硅刻蚀、多晶硅刻蚀、电介质刻蚀和⾦属刻蚀

3.说明湿法和⼲法刻蚀，以及它们的区别
湿法刻蚀利⽤化学溶液溶解需要刻蚀的材料；
⼲法刻蚀利⽤化学⽓体，通过物理刻蚀、化学刻蚀或两种刻蚀技术的组合⽅式刻蚀掉衬底表⾯的材料

4.说明等离⼦体刻蚀⼯艺流程
等离⼦体刻蚀⼯艺中刻蚀剂注⼊反应室，并在等离⼦体中分解；⾃由基将扩散到界⾯层，并被表⾯吸收；在等离⼦体轰击下，将和表⾯的原⼦或分⼦发⽣反应，产⽣的挥发性⽣成物从表⾯释放出来，扩散穿过边界层后，经由反应室对流作⽤被抽出

5.指出最常使⽤的刻蚀剂，以及它们的安全使⽤问题
电介质刻蚀最常使⽤的⽓体是氟碳⽓体，如四氟化碳，三氟碳化氢和Ar。
四氟化碳是主要的刻蚀剂，三氟化氢碳是聚合物，可以改善PR和硅的刻蚀选择性，Ar⽤于增强离⼦轰击，氧⽓能增加刻蚀速率，⽽氢⽓可以⽤于改善对PR和硅刻蚀选择性
注意垫底氧化层，牺牲氧化层等等的定义和作⽤

#习题
1.说明图形化刻蚀⼯艺流程。
将栅光刻版上的图形显示到晶圆表⾯多晶硅薄膜的光刻胶上
然后利⽤刻蚀⼯艺将图形转移到光刻胶下⾯的多晶硅上
最后利⽤湿法、⼲法或⼆者结合将光刻胶去除以完成栅的图形化

2.什么是刻蚀选择性selectivity?
不同材料之间的刻蚀速率⽐率$$S=\frac{E{R}_1}{E{R}_2}$$

3.湿法刻蚀和反应离⼦刻蚀⼯艺之间的区别是什么?
湿法刻蚀利⽤化学溶液溶解需要刻蚀的材料；
⼲法刻蚀利⽤化学⽓体，通过物理刻蚀、化学刻蚀或两种刻蚀技术的组合⽅式刻蚀掉衬底表⾯的材料

4.最常⽤于湿法刻蚀⼆氧化硅的化学药品是什么?
这种化学药品的使⽤有什么安全问题刻蚀⼆氧化硅氢氟酸；6：1的缓冲⼆氧化硅刻蚀剂(BOE)。硝酸和氢氟酸的混合液等向性刻蚀单晶和多晶硅氢氧化钾、异丙醇和⽔的混合物选择性地向不同⽅向刻蚀单晶硅；磷酸刻蚀氮化硅
安全问题：氢氟酸具有腐蚀性，和⻣头中的钙反应⽣成氟化钙。

5.为什么薄膜去除⼯艺较常使⽤湿法刻蚀?
湿法刻蚀具有⾼选择性、⾼刻蚀速率和低成本，所以普遍⽤于半导体⼯艺中去除薄膜并监测电介质薄膜的质量。

6.解释两种⾮等向性刻蚀机理。
两种⾮等向性刻蚀机制：损伤机制和阻挡机制。
损伤机制：有⼒的离⼦轰击将打断晶圆表⾯上的原⼦之间的化学键，带有悬浮键的原⼦就会受到刻蚀游离基的作⽤。这些原⼦容易和刻蚀剂的⾃由基产⽣化学键⽽形成挥发性的副产物，并从表⾯移除掉。
阻挡机制：在等离⼦刻蚀⼯艺中，离⼦轰击会溅镀⼀些光刻胶进⼊空洞中。
当光刻胶沉积在侧壁时，就阻挡侧壁⽅向的刻蚀；沉积在底层的光刻胶会逐渐被离⼦体的离⼦轰击移除，所以使底部的晶圆表⾯暴露在刻蚀剂中。因此这种刻蚀过程以垂直⽅向为主电介质刻蚀使⽤损伤机制；硅、多晶硅和⾦属刻蚀使⽤阻绝刻蚀机制

7.说明哪种刻蚀具有最⼩的关键尺⼨。
等离⼦体刻蚀⼯艺具有最⼩的关键尺⼨，尤其是⾼密度等离⼦体刻蚀⼯艺

8.为什么多晶硅栅刻蚀⼯艺中多晶硅对⼆氧化硅的选择性要⾼?
因为多晶硅下⽅是⼀个超薄的栅氧化层，且栅氧化层的厚度⾮常薄。
由于不能刻蚀掉薄的栅氧化层薄膜，况且刻蚀多晶硅的刻蚀剂也将刻蚀掉栅氧化层下的单晶硅⽽形成缺陷，所以多晶硅对⼆氧化硅的选择性⼀定要⾜够⾼

9.多晶硅刻蚀中为什么使⽤氯⽽不使⽤氟作为主要的刻蚀剂?
氯⽓很容易和光刻胶材料结合，并在侧壁上沉积⼀层聚合物薄膜，从⽽有助于形成⾮等向性的刻蚀轮廓和较⼩的关键尺⼨损失（或增加）

10.F/C⽐如何影响氧化物刻蚀⼯艺?
当F/C⼩于2时会发⽣聚合反应，形成⼀层如铁氟⻰的聚合物沉积在反应室内。刻蚀⽓体中C/F减⼩可以帮助改善低k电介质对光刻胶的刻蚀选择性

11.对于Al-Cu⾦属刻蚀，为什么不使⽤氟作为主要的刻蚀剂?
铝与氟反应⽣成三氟化铝，⽽三氟化铝的挥发性很低，正常的刻蚀状态时三氟化铝都为固体。

12.说明低压、⾼密度等离⼦体源在图形化刻蚀⼯艺中的优点。
降低刻蚀时的压⼒可以增加平均⾃由程MFP，从⽽能够提⾼离⼦轰击的能量，并且减少离⼦碰撞产⽣的散射，这两种结果都有利于⾮等向性刻蚀

13.什么⾦属化材料已经⽤于低k和ULK电介质材料的硬遮蔽层?
使⽤TiN硬掩蔽层
（ULK电介质刻蚀后的光刻胶去除技术越来越复杂，⼀般使⽤硬掩蔽层TiN）

14.低k和ULK电介质刻蚀后，需要⾦属刻蚀⼯艺去除硬遮蔽层吗?
TiN刻蚀也需要图形化铜低k互联ULK介电质的硬掩膜