10月15日-16日，中國科學院半導體研究所、儀器信息網聯合主辦首屆「半導體材料與器件研究與應用」網絡會議(i Conference on Research and Application of Semiconductor Materials and Devices, iCSMD 2020)，22位業內知名的國內外專家學者聚焦半導體材料與器件的產業熱點方向，進行為期兩日的學術交流。會議期間，中科院半導體所、集成電路工程研究中心的王曉東研究員做了題為《半導體微納加工中的矽幹法刻蝕技術》的報告。
矽幹法刻蝕即等離子體刻蝕技術，相對於溼法刻蝕，具有更好的各向異性，工藝重複性，且能降低晶圓汙染機率，因此成為了亞微米下製備半導體器件最主要的刻蝕方法。在此次報告中，王曉東研究員介紹了三種不同的矽幹法刻蝕技術。
據介紹，矽幹法刻蝕的物理機制，主要包括物理濺射刻蝕、純化學刻蝕、化學離子增強刻蝕和側壁抑制刻蝕等。影響矽幹法刻蝕效果的因素主要有三類：一是等離子體密度和能量，通過配備兩套射頻源，ICP和RF射頻源來分別控制；二是腔室氣壓，由於鞘層的存在，一般需要氣壓小於100 mtorr使得離子平均自由程大於鞘層寬度；三是刻蝕氣體選擇，氣體需要根據反應生成物是否容易去掉來選擇，首選揮發性產物。
王曉東研究員重點介紹了三種矽幹法刻蝕技術，即Bosch、Cryo、Mixed。Bosch通常刻蝕特徵尺寸＞1 μm，刻蝕深度＞10 μm，刻蝕結果深且寬，即深矽刻蝕；Cryo即所謂的低溫工藝，可以得到平滑側壁以及納米尺寸結果；Mixed刻蝕深度＜10 μm，具有低的深寬比，也即淺矽刻蝕。
深矽刻蝕（Bosch）是目前應用最廣泛，發展最成熟的矽刻蝕工藝。Bosch最初的基本工藝過程（Basic Bosch Process）就是鈍化和刻蝕交替進行。此後，在其中加入轟擊過程，發展出先進工藝（Advanced Bosch Process），即鈍化、轟擊和刻蝕三個過程不斷循環，以此達到深矽刻蝕目的。Bosch工藝的優勢是高速率、高各向異性和高選擇比。其劣勢為工藝複雜，晶片狀況影響工藝過程，存在側壁scallop等。同時，深矽刻蝕也存在一些典型的刻蝕問題：一是刻蝕剖面控制，如Undercut、Bowing、Bottling、Trenching、Footing等問題；二是負載效應，隨矽暴露面積的增加，刻蝕速率和刻蝕均勻性都會降低，通常減少腔體氣壓可解決此問題；三是ARDE問題，即隨著刻蝕深寬比的增加，刻蝕速率會下降，一般可通過增加沉積保護氣體氣壓，增寬離子的角分布和加入刻蝕截止層等解決；四是Notching問題，即由於電荷積累造成鑽蝕，可採用低頻脈衝模式LF Pulse Mode來解決。
除深矽刻蝕外，下電極溫度在液氮-100 ℃下，可以進行比較精細的刻蝕—低溫刻蝕（Cryo）。與深矽刻蝕相比，其工藝氣體不同，一般為SF6和O2，生成物SiOxFy在-85 ℃時很容易形成，在室溫下即可揮發，腔室環境非常乾淨。因此低溫刻蝕可以得到側壁光滑，undercut很小，選擇比高的結果。但此時光刻膠會受影響，所以膠的厚度不能太厚，通常小於1.2 μm，且需要進行合適的烘烤，防止膠裂。
最後一種就是淺矽刻蝕（Mixed），即在相對較淺的刻蝕中（＜10 μm），多採用同步刻蝕方法，鈍化和刻蝕同步進行，所以也稱同步工藝。與深矽刻蝕不同，淺矽刻蝕的刻蝕性氣體與聚合物生成氣體同時輸入腔室，刻蝕和鈍化同步進行，導致鈍化和刻蝕的作用會在很大程度上抵消一部分，所以實現了光滑的側壁（＜100 nm）。但這使得刻蝕環境十分複雜，工藝窗口相對較窄，工藝重複性控制難度較大。與多步刻蝕相比，採用同步刻蝕方法進行刻蝕時，為獲得較高的刻蝕速率和各向異性，刻蝕中所用射頻功率和偏壓較高，導致刻蝕材料和掩模之間的選擇比低，刻蝕結果對掩模質量依賴性較強，對掩模材料和質量要求高。
在報告最後，王曉東研究員還介紹了半導體所在微納器件製備中如MEMS、納米波導、納米線器件等方面的大量工作。
隨著亞微米下製備半導體器件需求的增加，矽幹法刻蝕技術也顯得越來越重要，而半導體所所級公共技術服務中心具備上述技術能力。同時這是一個開放的平臺，如果有相應的需求也可以進行合作參與。
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