XeF2和SF6对硅腐蚀的区别

我们知道含F的XeF₂和SF₆都被当做腐蚀硅的气体，XeF₂常被作为各向同性腐蚀硅的气体，而SF₆常和CF₄搭配作为硅各向异性腐蚀的气体，那么XeF₂和SF₆可以相互替换吗？

答案是否定的。

根本原因在于二者的反应机理不同。XeF₂是一种氟基化合物，在室温下能够自发地和硅发生化学反应，且反应速率很快。除了对各向同性腐蚀硅，还可以对Ge和SiGe进行干法腐蚀。化学反应方程式为：2 XeF₂（g）+Si（s）→SiF₄（g）+2Xe（g），本反应不需要外界的能量来提高反应活化能，因此XeF₂腐蚀硅具有低成本特性。同时，生产的副产物SiF₄和Xe都是挥发性气体，易于排出。SF₆也是一种氟基化合物，但是在室温下几乎无法自发的和硅发生化学反应，所以要借助外界的射频将SF₆进行电离，得到F^*游离基，4个F^*游离基与Si原子结合形成挥发性的SiF₄副产物离开衬底表面排出。SF₆与Si反应方程式为：（1）SF→SF_x⁺+F^*+F^-+SF₆^*；（2）F^*+Si→SiF₄↑。本反应需要射频参与，不是纯化学反应，为等离子体物理化学反应。

由于XeF₂和SF₆刻蚀硅不同的机理，因此在选择掩蔽层也有不同的方案。XeF₂在与Si和SiO₂纯化学反应的刻蚀选择比大于1000 : 1，而SF₆在与Si和SiO₂的RIE刻蚀选择一般小于100 : 1。这就意味在深刻硅的工艺中，XeF₂可以根据选择比选择合适厚度的SiO₂的作为单一掩蔽层，而SF₆一般不能作为DRIE的单一掩蔽层，需要与光刻胶形成复合掩蔽层。

XeF₂刻蚀硅是纯化学反应，气体分子只能通过扩散和吸附在硅表面才能发生反应产生腐蚀，因此此反应具有较为明显的尺寸效应，即刻蚀尺寸越小，刻蚀速率越慢。因此在设计芯片图形结构时，应注意不同区域的线宽和间距不相差过大。同时XeF₂刻蚀硅最优的方式是采用脉冲通气方式，对刻蚀腔室进行快速的充气和抽气，使气体分子具有更好的穿透力，能进入更小的刻蚀区域，另外快速的循环可以加速副产物的排出，从而抑制尺寸效应。