华为|2022刻蚀设备行业报告：精雕细刻筑产业基石，国产刻蚀机未来可期( 四 ) ai|魔力

金属刻蚀通常采用电感耦合等离子体刻蚀的刻蚀机。
1 ）铝的刻蚀
铝是半导体制备中最主要的导线材料，具有电阻低，易于沉积和刻蚀的优点。刻蚀铝，是利用氯化物气体所产生的等离子体完成的。铝和氯反应产生具有挥发性的三氯化铝（AlCl3），随着腔内气体被抽干。一般情况下，铝的刻蚀温度比室温稍高（例如 70℃）， AlCl3 的挥发性更佳，可以减少残留物。除了氯气外，铝刻蚀常将卤化物加入，如 SiCl4 ， BCl3 ， BBr3 ， CCl4 ， CHF3 等，主要是为了去除铝表面的氧化层，保证刻蚀的正常进行。
2 ）钨的刻蚀
在多层金属结构中，钨是用于孔填充的主要金属，其他的还有钛，钼等。可以用氟基或氯基气体来刻蚀金属钨，但是氟基气体（SiF6 ， CF4）对氧化硅的选择比较差，而氯基气体（CCl4）则有好的选择比。通常在反应气体中加入氮气来获得高的刻蚀胶选择比，加入氧气来减少碳的沉积。用氯基气体刻蚀钨可实现各向异性刻蚀和高选择比。干法刻蚀钨使用的气体主要是 SF6 ， Ar 及 O2 ，其中， SF6 在等离子体中可被分解，以提供氟原子和钨进行化学反应产生氟化物。
3 ）氮化钛刻蚀
氮化钛硬掩膜取代传统的氮化硅或氧化层掩膜，用于双大马士革刻蚀工艺。传统掩膜和低 k 介电层之间的选择比不高，会导致在刻蚀完成后出现低 k 介电层顶部圆弧状轮廓以及沟槽宽度扩大，沉积形成的金属线之间的间距过小，容易发生桥接漏电或直接击穿。氮化钛刻蚀通常运用于硬掩膜开孔的过程中，主要反应产物为 TiCl4 。
1.3.5. 介质刻蚀
介质刻蚀以二氧化硅，氮化硅等电介质为主要刻蚀对象被广泛应用在芯片制造中。
电介质刻蚀主要用于形成接触孔和通道孔，用以连接不同的电路层级。此外，介质刻蚀覆盖的工艺步骤还有硬式遮蔽层刻蚀和焊接垫刻蚀（部分）。介质刻蚀通常采用电容耦合等离子体刻蚀原理的刻蚀机。
1 ）二氧化硅膜的等离子刻蚀
二氧化硅膜的刻蚀通常采用含有氟化碳的刻蚀气体，如 CF4 ， CHF3 ， C2F6 ， SF6 和C3F8 等。刻蚀气体中所含的碳可以与氧化层中的氧产生副产物 CO 及 CO2 ，从而去除氧化层中的氧。 CF4 是最常用的刻蚀气体，当 CF4 与高能量电子碰撞时，就会产生各种离子，原子团，原子和游离基。氟游离基可以与 SiO2 和 Si 发生化学反应，生成具有挥发性的四氟化硅（SiF4）。
2 ）氮化硅膜的等离子刻蚀
氮化硅膜的刻蚀可以使用 CF4 或 CF4 混合气体（加 O2 ， SF6 和 NF3）进行等离子体刻蚀。针对 Si3N4 膜，使用 CF4—O2 等离子体或其他含有 F 原子的气体等离子体进行刻蚀时，对氮化硅的刻蚀速率可达到 1200?/min ，刻蚀选择比可高达 20:1 ，主要产物为具有挥发性，方便被抽走的四氟化硅（SiF4）。
1.4. 刻蚀工艺指标复杂，难度大行业壁垒高
刻蚀是光刻之外最重要的集成电路制造步骤，存在多项关键工艺指标，对芯片良品率和产能影响很大。刻蚀设备想要达成相关的工艺指标，则需要长期的实验和跑片来积累经验和 knowhow ，并不断调试设备各个子系统的相应参数设置。因此，刻蚀设备行业存在较高的壁垒。
1 ）刻蚀速率即在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，实际生产中为了提高产量，需要提高刻蚀速率。在采用单片工艺的设备中，它是一个非常重要的参数。
2 ）刻蚀剖面指的是被刻蚀图形的侧壁形状，有两种基本的刻蚀剖面，分别是各向同性和各向异性。各向同性的刻蚀剖面是在所有方向上（横向和纵向）以相同的刻蚀速率进行刻蚀。