反应性蚀刻的方法。 图8.9 物理和化学刻蚀机理
图8.10物理和化学刻蚀过程及侧壁的形成
干法刻蚀也可以根据被刻蚀的材料类型来分。在Array 制程刻蚀工艺中，按材料分，主要可分为非金属和金属刻蚀。非金属刻蚀有a-Si/n+a-Si/SiNx刻蚀，可概括性的视为Si刻蚀，其刻蚀气体可选用的有SF6及CFx系，一般在LCD制程选用SF6，因为其解离之F自由基较多，反应速率较快，且制程较为洁净；CFx系由于在反应过程中，容易有CH化合物产生，较少被选用，但CFx系可通入O2，通过改变F/C 比例及O与C的结合，减少CFx与F的再结合，增加F 自由基来加快刻蚀速率，并可调整Si/Oxide之选择比，制程控制的弹性较SF6要高。金属刻蚀则以Al刻蚀为主，一般采用Cl2作为刻蚀气体，可得到各向同性的化学性刻蚀效果。
8.2.3 干刻蚀模式及原理
干刻蚀目前以PE及RIE模式使用较为普遍，两种均属于平行电极板的刻蚀，能量均采用RF Power。除了PE及RIE机台，array制程最常用到的还有ICP模式。 1． 反应离子刻蚀
反应离子刻蚀（RIE）是Reactive Ion Etching 的简称，它是一种采用化学反应和物理离子轰击作用进行刻蚀的技术。如图8.11所示，RIE腔室的上电极接地，下电极连接射频电源（13.56MHz），待刻蚀基板放置于下电极，当给平面电极加上高频电压后，反应物发生电离产生等离子体，等离子体在射频电场作用下，带负电的电子因质量较小首先到达基板表面，又因为下基板直接连接隔直流电容器，所以不能形成电流从下基板流走，这样就会在基板附近形成带负电的鞘层电压（DC偏压），这种现象被称为阴极降下。正离子在偏压作用下，沿着电场方向垂直轰击基板表面，离子轰击大大加快了表面的化学反应及反应生成物的脱
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附，因而 RIE模式有很高的刻蚀速率，并且可以获得较好的各向异性侧壁图形，但相对的表面损伤也较严重。
图8.11 反应离子刻蚀原理
2. 等离子刻蚀
等离子刻蚀简称PE(Plasma Etching)模式，PE与RIE模式的差别在于将RF射频电源连接于上电极，而下电极接地， RF装于上电极，可通过控制RF Power来控制反应气体解离浓度，且下电极接地使得表面电位为零，与电浆电位（略大于零）相差不多，并不能产生离子轰击效应，所以造成表面损伤低，适合运用与电性能高度相关的膜层之刻蚀，图8.6。
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图8.6 PE模式原理
3. 电感耦合等离子体（ICP）
除了PE及RIE机台，array制程最常用到的还有ICP（Inductively Coupled Plasma ）模式。ICP的上电极是一个螺旋感应线圈，连接功率为13.56MHz的射频电源来产生等离子体，感应线圈将电场与磁场集中，等离子体中电子受磁力作用而做螺旋运动，电子的平均自由程增加可使之获得较高的加速电压，这使得有效碰撞频率增加，离子解离率也因而大幅度增加，ICP模式下的离子密度可比一般解离电浆高约10～100倍。另外，如果要获得化学和物理刻蚀，可以在下电极装产生偏置（BIAS VOLTAGE）的RF发生器（一般频率小于13.56MHz），可利用控制RF power的大小来控制BIAS VOLTAGE，进而控制离子轰击能量，这种以上电极感应线圈控制离子解离浓度，下电极控制离子轰击能量的方法，使得蚀刻制程可达到极为优良的控制，其所能运用的范围也更加宽广，缺点在于电浆匹配不易，设备多元性也容易造成维护上的困难，在array制程中通常用于需要强有力离子轰击的金属蚀刻。
8.2.4 刻蚀用的工艺气体
下面将结合TFT器件不同部分所使用的有代表性的干刻工艺气体作简单的介绍。 1． a-Si的刻蚀
刻蚀a-Si层可以采用RIE模式、PE模式和ICP模式，目前一般多采用前两种。PE模式下和RIE模式下采用的反应气体组成分别为 PE模式： SF6+HCl+He
SF6：F元素的供给源，用来刻蚀a-Si。 HCl：提高对下层物质SiN的选择比。 He：使等离子体均一化。 RIE模式：Cl2+SF6
Cl2：Cl元素的供给源，刻蚀a-Si的主要气体。
SF6：F元素的供给源，用来与a-Si发生反应，辅助刻蚀，提高刻蚀速率。 2． SiN的刻蚀
可以采用RIE模式、PE模式和ICP模式。反应气体的组成可以是SF6+O2，SF6+He或SF6+ O2+He。其中
SF6：F元素的供给源，刻蚀SiN、SiO用的主要气体。 O2：有利于形成Taper角，也可用于光阻的灰化过程。
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3． Mo、Ta、MoW的刻蚀
可以采用RIE模式、PE模式和ICP模式，目前一般采用RIE模式和ICP模式。反应气体的组成可以是SF6+O2和SF6+ O2+He。其中SF6的作用主要是F元素的供给源，用作Mo、Ta和MoW的主要刻蚀气体。O2的作用是形成Taper角和光阻的灰化。 4． Al的刻蚀
纯Al干刻一般采用RIE模式，Al-Nd合金一般采用ICP模式。反应气体采用BCl3+Cl2。
BCl3：主要用于去除Al膜表面的自然氧化膜（Al2O3）。 Cl2：Al元素的供给源，刻蚀Al的主要气体。
5． ITO的刻蚀
主要采用ICP模式，因为ITO是由铟（In）、锡（Sn）和氧元素构成，所以可以用Cl2或HBr或HI进行刻蚀。反应方程如下
In+3（Cl or Br or I）→InCl3 or InBr3 or InI3
Sn+4（Cl or Br or I）→SnCl4 or SnBr4 or SnI4
6. SiO的刻蚀
主要采用ICP模式，反应气体组成可以是C4F6+H2+Ar或者C4F6+CH2F2+Ar。其中 C4F6：CFX基的供给源。
H2、CH2F2：F离子的去除（F+H→HF↑）。
Ar：Ar本身的活性不强，主要利用离子轰击促进CFX和SiO的反应。
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第三节 Dry Etching设备的构成和主要性能指标
1干法刻蚀设备的概述
刻蚀是用化学或物理的方法有选择地从基材表面去除不需要的材料的过程，其中干法刻蚀（Dry Etching）具有很好的各向异性刻蚀和线宽控制，在微电子技术中得到广泛的应用。在TFT-LCD制造过程中，Island，Channel和Contact的刻蚀一般使用的是干法刻蚀中RIE模式（Reactive Ion Etching Mode），图1是TEL（Tokyo Electron Limited）生产的干刻机的简单示意图。其设备的主体是工艺腔室（Process Chamber），其他的辅助设备有产生工艺必需的真空之真空泵（Pump），调节极板和腔体的温度之调节器（Chiller），判断刻蚀终点之终点检测器（EPD, End-point Detector），处理排出废气的尾气处理装臵（Scrubber），以及搬运玻璃基板的搬送装臵（比如马达，机械手）。下面的内容将对其中工艺腔室、真空泵、温度调节器和终点检测器进行介绍，以期对干法刻蚀设备的构成和主要性能指标有一个基本的了解。
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