干法刻蚀常用气体指南

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干法刻蚀常用气体指南（附中文名称）

干法刻蚀是半导体制造中的核心工艺，气体选择直接影响刻蚀速率、选择比和器件精度。以下整理常用气体及其应用场景，标注中文名称，便于快速识别与操作。

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一、氟基气体：高活性刻蚀硅基材料

• 四氟化碳（CF₄）‌

  
  
  • ‌用途‌：刻蚀硅（Si）、二氧化硅（SiO₂）。
  • ‌特点‌：通过调节氧气（O₂）比例控制选择比（如CF₄/O₂=9:1时，SiO₂/Si选择比达30:1）。
    

• 三氟甲烷（CHF₃）‌

  
  
  • ‌用途‌：高选择比刻蚀SiO₂，尤其适用于浅沟槽隔离（STI）。
  • ‌特点‌：生成碳氟聚合物保护侧壁，减少横向刻蚀。
    

• 六氟化硫（SF₆）‌

  
  
  • ‌用途‌：深孔刻蚀（如碳化硅SiC、3D NAND结构）。
  • ‌特点‌：配合O₂/Ar可提升刻蚀速率，侧壁陡直度高。
    

• 八氟环丁烷（C₄F₈）‌

  
  
  • ‌用途‌：高深宽比刻蚀（>20:1）。
  • ‌特点‌：生成致密聚合物，保护侧壁免受物理轰击损伤。
    
  
  

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二、氯基气体：金属与化合物刻蚀主力

• 氯气（Cl₂）‌

  
  
  • ‌用途‌：刻蚀铝（Al）、钨（W）等金属层。
  • ‌特点‌：需配合三氯化硼（BCl₃）清除表面氧化层（如Al₂O₃）。
    

• 三氯化硼（BCl₃）‌

  
  
  • ‌用途‌：辅助Cl₂刻蚀金属，提高均匀性。
  • ‌特点‌：与氧化物反应生成挥发性产物（如BOCl₃）。
    

• 三氟化氮（NF₃）‌

  
  
  • ‌用途‌：刻蚀氮化硅（Si₃N₄）、高深宽比结构。
  • ‌特点‌：与H₂组合可刻蚀60:1深孔，残留物少。
    
  
  

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三、辅助气体：调控刻蚀物理/化学平衡

• 氩气（Ar）‌

  
  
  • ‌用途‌：物理轰击增强各向异性（如Al刻蚀）。
  • ‌特点‌：占比40%~60%可优化等离子体稳定性。
    

• 氧气（O₂）‌

  
  
  • ‌用途‌：调节氟基气体选择比，去除光刻胶。
  • ‌特点‌：氧化反应生成CO₂/H₂O，避免碳残留。
    

• 氢气（H₂）‌

  
  
  • ‌用途‌：抑制硅侧向刻蚀，调节氟碳比（如C₄F₈/H₂）。
  • ‌特点‌：减少聚合物过度沉积，提升刻蚀均匀性。
    
  
  

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四、工艺参数与安全须知

• 关键参数‌

  
  
  • ‌功率/气压‌：硅刻蚀常用射频功率100~300W，气压5~50mTorr。
  • ‌气体配比‌：CF₄/CHF₃=7:3时，SiO₂/Si选择比达18:1。
    

• 安全规范‌

  
  
  • ‌毒性气体‌：氯气（Cl₂）、磷化氢（PH₃）需实时监测（浓度<1ppm）。
  • ‌温室气体‌：六氟化硫（SF₆）需配备裂解装置（分解率>99.5%）。
  • ‌设备防护‌：气体管路使用陶瓷内衬，抗腐蚀寿命>5年。
    
  
  

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五、应用案例

• ‌3D NAND刻蚀‌：SF₆/O₂/Ar组合实现深孔刻蚀，侧壁粗糙度<2nm。
• ‌GAA晶体管‌：Cl₂/Ar交替脉冲技术，实现原子层精度刻蚀（ALE）。
  

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‌总结‌：干法刻蚀气体需根据材料特性（如金属/半导体/介质）、刻蚀目标（速率/选择比/形貌）综合选择。中文名称标注有助于降低操作风险，提升工艺可控性。