半导体干法刻蚀技术 原书第2版

刻蚀是芯片制造核心工艺，《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》是泛林集团日本公司CTO四十多年研发经验的结晶。泛林集团是全球第三大芯片设备提供商、全球第一大刻蚀设备提供商。《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》是系统理解刻蚀基础、设备及应用的实践指南，全书无复杂的数学公式，初学者也能轻松看懂的刻蚀书。

《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》是一本全面系统的干法刻蚀技术论著。针对干法刻蚀技术，在内容上涵盖了从基础知识到最新技术，使初学者能够了解干法刻蚀的机理，而无需复杂的数值公式或方程。《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》不仅介绍了半导体器件中所涉及材料的刻蚀工艺，而且对每种材料的关键刻蚀参数、对应的等离子体源和刻蚀气体化学物质进行了详细解释。《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》讨论了具体器件制造流程中涉及的干法刻蚀技术，介绍了半导体厂商实际使用的刻蚀设备的类型和等离子体产生机理，例如电容耦合型等离子体、磁控反应离子刻蚀、电子回旋共振等离子体和电感耦合型等离子体，并介绍了原子层沉积等新型刻蚀技术。

野尻一男，1973年于群马大学工学部电子工学科本科毕业，1975年于群马大学工学研究科硕士毕业。1975年加入日立制作所，在半导体事业部从事CVD、器件集成、干法刻蚀的研究开发；特别是对ECR等离子刻蚀和充电损伤进行了开创性研究；作为技术开发领域的领导者，他还担任过多个管理职位。2000年加入泛林集团日本公司并担任董事兼CTO。2019年，独立并作为 Nanotech Research 的代表提供技术和管理咨询。1989年因“磁场微波等离子体刻蚀技术的开发及实用化”获得大河内纪念奖；1994年因“低温干法刻蚀设备的开发”获得日本机械工业振兴会通产大臣奖；获得2019年度DPS西泽奖。

译者序
第2版前言
第1版前言
第1章 半导体集成电路的发展与干法刻蚀技术
1.1　干法刻蚀的概述
1.2　干法刻蚀的评价参数
1.3　干法刻蚀在 LSI的高度集成中的作用
参考文献
第2章 干法刻蚀的机理
2.1　等离子体基础知识
2.1.1　什么是等离子体
2.1.2　等离子体的物理量
2.1.3　等离子体中的碰撞反应过程
2.2　离子鞘层及离子在离子鞘层中的行为
2.2.1　离子鞘和 Vdc
2.2.2　离子鞘层中的离子散射
2.3　刻蚀工艺的设置方法
2.3.1　干法刻蚀的反应过程
2.3.2　各向异性刻蚀的机理
2.3.3　侧壁保护工艺
2.3.4　刻蚀速率
2.3.5　选择比
2.3.6　总结
参考文献
第3章 各种材料刻蚀
3.1　栅极刻蚀
3.1.1　多晶硅的栅极刻蚀
3.1.2　CD的晶圆面内均匀性控制
3.1.3　WSi2/多晶硅的栅极刻蚀
3.1.4　W/WN/多晶硅的栅极刻蚀
3.1.5　Si衬底刻蚀
3.2　SiO2刻蚀
3.2.1　SiO2刻蚀机理
3.2.2　SiO2刻蚀的关键参数
3.2.3　SAC刻蚀
3.2.4　侧墙刻蚀
3.3　布线刻蚀
3.3.1　Al布线刻蚀
3.3.2　Al布线的防后腐蚀处理技术
3.3.3　其他布线材料的刻蚀
3.4　总结
参考文献
第4章 干法刻蚀设备
4.1　干法刻蚀设备的历史
4.2　桶式等离子体刻蚀机
4.3　CCP等离子体刻蚀机
4.4　磁控管 RIE
4.5　ECR等离子体刻蚀机
4.6　ICP等离子体刻蚀机
4.7　干法刻蚀设备实例
4.8　静电卡盘
4.8.1　静电卡盘的种类及吸附原理
4.8.2　晶圆温度控制的原理
参考文献
第 5章　干法刻蚀损伤
5.1　Si表面层引入的损伤
5.2　电荷积累损伤
5.2.1　电荷积累损伤的评估方法
5.2.2　产生电荷积累的机理
5.2.3　各种刻蚀设备的电荷积累评估及其降低方法
5.2.4　等离子体处理中栅氧化膜击穿的机理
5.2.5　因图形导致的栅氧化膜击穿
5.2.6　温度对栅氧化膜击穿的影响
5.2.7　基于器件设计规则的电荷积累损伤对策
参考文献
第6章　新的刻蚀技术
6.1　Cu大马士革刻蚀
6.2　Low-k刻蚀
6.3　使用多孔 Low-k的大马士革布线
6.4　金属栅极 /High-k刻蚀
6.5　FinFET刻蚀
6.6　多重图形化
6.6.1　SADP
6.6.2　SAQP
6.7　用于 3D NAND/DRAM的高深宽比孔刻蚀技术
6.8　用于 3D IC的刻蚀技术
参考文献
第 7章　原子层刻蚀（ALE）
7.1　ALE的原理
7.2　ALE的特性
7.2.1　Si、GaN和 W的 ALE工艺顺序
7.2.2　自限性反应
7.2.3　去除步骤中 EPC的离子能量依赖性
7.2.4　表面平坦度
7.3　ALE的协同效应
7.4　影响 EPC和溅射阈值的参数
7.5　SiO2 ALE
7.6　总结
参考文献
第 8章　未来的挑战和展望
8.1　干法刻蚀技术革新
8.2　今后的课题和展望
8.3　工程师的准备工作
参考文献

第1版前言
干法刻蚀技术作为实现半导体器件尺寸微缩、集成度提升的手段，是与光刻技术相媲美的关键技术，从事干法刻蚀的工程师数量也与光刻技术一样多。光刻技术比较容易理解，分辨率是由光的波长和 NA（数值孔径）决定的。但是，干法刻蚀技术因在腔体内发生的现象比较复杂，因而不太容易理解。此外，由于使用等离子体通过物理和化学反应来进行刻蚀，因此需要全面的电学、物理学和化学知识。在许多情况下，从事干法刻蚀的工程师依靠经验和直觉来开展工作。各向异性刻蚀是如何实现的？为何Si刻蚀使用Cl2和HBr？SiO2刻蚀中能使用 CF系气体吗？多晶硅和Al刻蚀中可以使用ICP（电感耦合型等离子体）等高密度等离子体，SiO2刻蚀中可以使用具有中密度等离子体的窄间隙平行板型刻蚀机吗？很多初学者在没有完全理解这些相关知识的情况下就进入到该领域，即使是经验丰富的干法刻蚀工程师也存在不能完全理解的情况。
干法刻蚀往往隐匿于光刻之后，但正如开篇所说，它是可与光刻技术形成双壁的关键技术。也就是说，1）Si、SiO2、金属等各种材料都有其固有的设备和工艺技术；2）Cu大马士革布线加工、新材料加工等新研究领域层出不穷；3）使用带电粒子造成的等离子体损伤是导致器件性能下降的主要原因，需要阐明机理并采取对策；4）目前，对于已成为研究热点的双重图形化，干法刻蚀变得比光刻更为重要，它可以决定器件的尺寸精度和偏差。对于今后想从事与如此广泛的材料相关并在未来变得越来越复杂的加工技术的工程师来说，应该对干法刻蚀技术有充分的了解，这就需要一本面向初学者的教科书。
　 与以往的书籍不同，《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》采用独特的方法，旨在帮助初学者了解干法刻蚀技术从基础到应用的全部知识。迄今为止，大多数干法刻蚀书籍都在着重强调难懂的等离子体理论，或是在罗列干法刻蚀技术的数据。《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》的编写尽可能做到不使用数学公式也能让初学者轻松理解干法刻蚀的机理。此外，从工艺、设备到新技术等，都经过了系统的考虑。同时，还设置了等离子体损伤的章节，其特色之一就是可以理解等离子体损伤的全貌。
《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》不仅可以让初学者比较容易地理解干法刻蚀技术的原理，而且还可以让其获得更接近于实践的知识。此外，虽然《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》是为初学者编写的，但也可以让有一定经验积累的工程师们了解干法刻蚀技术的全貌。希望《半导体干法刻蚀技术（原书第2版）》能够成为从事干法刻蚀相关工作的工程师们开展工作的指南。
野尻一男