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集成電路制造向幾納米節(jié)點(diǎn)工藝的發(fā)展，需要具有原子級保真度的刻蝕技術(shù)，原子層刻蝕（ALE）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。《半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》主要內(nèi)容有：熱刻蝕、熱各向同性ALE、自由基刻蝕、定向ALE、反應(yīng)離子刻蝕、離子束刻蝕等，探討了尚未從研究轉(zhuǎn)向半導(dǎo)體制造的新興刻蝕技術(shù)，涵蓋了定向和各向同性ALE的全新研究和進(jìn)展�！栋雽�(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》以特定的刻蝕應(yīng)用作為所討論機(jī)制的示例，例如柵極刻蝕、接觸孔刻蝕或3D NAND通道孔刻蝕，有助于對所有干法刻蝕技術(shù)的原子層次理解。
《半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》概念清晰，資料豐富，內(nèi)容新穎，可作為微電子學(xué)與固體電子學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、集成電路科學(xué)與工程等專業(yè)的研究生和高年級本科生的教學(xué)參考書，也可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

隨著半導(dǎo)體器件微縮到亞10nm，需要具有原子級保真度的刻蝕技術(shù)。這里，保真度是指形狀和組成與設(shè)計(jì)工程師意圖的匹配程度（Kanarik等人，2015）。原子層（ALE）已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室研究了30多年，有望達(dá)到這一性能水平。關(guān)于ALE的份報(bào)告是Yoder發(fā)表在美國專利4756794中的，標(biāo)題為原子層刻蝕（Yoder，1988）。在20世紀(jì)90年代的波研究之后，第二波研究興趣和發(fā)展始于21世紀(jì)中期，這是因?yàn)樾枰哂袩o限選擇性的刻蝕技術(shù)，以及能夠在低至亞單層分辨率上將受控?cái)?shù)量的材料去除。
在ALE框架下討論了各種刻蝕技術(shù)，包括非常慢的RIE工藝、自由基和蒸汽刻蝕。刻蝕界缺乏共識(shí)和共同術(shù)語阻礙了真正的ALE發(fā)展。2014年4月，在關(guān)于ALE的Sematech研討會(huì)上，采用了ALE為包含至少兩個(gè)自限步驟的刻蝕工藝的定義。該定義類似于其對應(yīng)的原子層沉積（ALD）。ALE采用了ALD中的許多既定概念。將刻蝕過程分離為自限步驟打破了離子和中性粒子通量同時(shí)存在時(shí)RIE中產(chǎn)生的平衡。其結(jié)果是改善了整個(gè)晶圓、具有不同關(guān)鍵尺寸[稱為深寬比相關(guān)刻蝕（ARDE）]和表面平滑度（Kanarik等人，2015）形貌的均勻性。它還大大簡化了工藝，使ALE易于獲得嚴(yán)格的基本理解。
《半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》涵蓋了定向和各向同性ALE的全新研究和進(jìn)展，并將其置于半導(dǎo)體器件的已建立的干法刻蝕技術(shù)的背景下。在本書中，我們將按復(fù)雜性增加的順序介紹刻蝕技術(shù)。我們將從關(guān)鍵的基本表面工藝開始，然后是單一物種刻蝕技術(shù)（熱刻蝕和自由基刻蝕）、順序多物種刻蝕（ALE）和多物種連續(xù)處理（RIE）。后，我們將回顧等離子體和產(chǎn)生本書上半部分討論的物種的其他方法。
《半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》的這種架構(gòu)沒有考慮各種刻蝕技術(shù)發(fā)現(xiàn)的時(shí)間順序或其市場規(guī)模。新的ALE將在經(jīng)典的RIE之前進(jìn)行研究。定向ALE作為RIE的簡化實(shí)施例引入，更易于嚴(yán)格處理。突出的RIE特性將呈現(xiàn)為連續(xù)加工缺乏自限性的結(jié)果，其中所有物種通量始終處于開啟狀態(tài)。目標(biāo)是在原子水平上盡可能嚴(yán)格地理解RIE，以闡明RIE至今仍然存在的黑箱（Winters 等人，1977；Gottscho 等人，1999）。
《半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》將介紹特定的刻蝕應(yīng)用，例如柵極刻蝕、接觸孔刻蝕或3D NAND通道孔刻蝕，作為所討論機(jī)制的示例，而不是試圖全面描述工藝挑戰(zhàn)和解決方案。半導(dǎo)體器件和相應(yīng)刻蝕應(yīng)用的出現(xiàn)和發(fā)展速度太快，這種嘗試在幾年內(nèi)就會(huì)過時(shí)。相反，《半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》的目的是提供對所有干法刻蝕技術(shù)的原子層次理解，希望有助于為現(xiàn)有和新興的半導(dǎo)體器件開發(fā)特定的解決方案。
等離子體是產(chǎn)生干法刻蝕中使用的離子和自由基的優(yōu)選方法�！栋雽�(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)：原子層工藝》詳細(xì)介紹了等離子體和源技術(shù)，足以理解它們?nèi)绾斡绊懣涛g表面的粒子通量。為了加深理解，我們參考了關(guān)于等離子體技術(shù)和材料加工的開創(chuàng)性專著，即利伯曼專著（Lieberman和Lichtenberg，2005）。

譯者序
縮寫詞表
第1章引言1
參考文獻(xiàn)3
第2章理論基礎(chǔ)5
2.1刻蝕工藝的重要性能指標(biāo)5
2.1.1刻蝕速率（ER）6
2.1.2刻蝕速率不均勻性（ERNU）6
2.1.3選擇性6
2.1.4輪廓6
2.1.5關(guān)鍵尺寸（CD）7
2.1.6線寬粗糙度和線邊緣粗糙度（LWR和LER）7
2.1.7邊緣放置誤差（EPE）7
2.1.8深寬比相關(guān)刻蝕（ARDE）7
2.2物理吸附和化學(xué)吸附8
2.3解吸9
2.4表面反應(yīng)11
2.5濺射12
2.6注入16
2.7擴(kuò)散17
2.8三維形貌中的輸運(yùn)現(xiàn)象21
2.8.1中性粒子輸運(yùn)21
2.8.2離子輸運(yùn)24
2.8.3反應(yīng)產(chǎn)物輸運(yùn)26
2.9刻蝕技術(shù)的分類26
參考文獻(xiàn)30
第3章熱刻蝕34
3.1熱刻蝕的機(jī)理和性能指標(biāo)34
3.1.1刻蝕速率和ERNU34
3.1.2選擇性35
3.1.3輪廓和CD控制35
3.1.4ARDE35
3.2應(yīng)用示例35
參考文獻(xiàn)39
第4章熱各向同性ALE41
4.1熱各向同性ALE機(jī)制41
4.1.1螯合/縮合ALE43
4.1.2配體交換ALE44
4.1.3轉(zhuǎn)化ALE46
4.1.4氧化/氟化ALE48
4.2性能指標(biāo)50
4.2.1刻蝕速率（EPC）50
4.2.2ERNU（EPC非均勻性）54
4.2.3選擇性55
4.2.4輪廓和ARDE56
4.2.5CD控制59
4.2.6表面光滑度59
4.3等離子體輔助熱各向同性ALE60
4.4應(yīng)用示例60
4.4.1區(qū)域選擇性沉積61
4.4.2橫向器件的形成62
參考文獻(xiàn)64
第5章自由基刻蝕69
5.1自由基刻蝕機(jī)理69
5.2性能指標(biāo)70
5.2.1刻蝕速率和ERNU70
5.2.2選擇性71
5.2.3輪廓和ARDE71
5.2.4CD控制71
5.3應(yīng)用示例71
參考文獻(xiàn)73
第6章定向ALE74
6.1定向ALE機(jī)制74
6.1.1具有定向改性步驟的ALE75
6.1.2具有定向去除步驟及化學(xué)吸附和擴(kuò)散改性的ALE75
6.1.3具有定向去除步驟和通過反應(yīng)層沉積進(jìn)行改性的ALE86
6.2性能指標(biāo)89
6.2.1刻蝕速率（EPC）89
6.2.2ERNU（EPC非均勻性）90
6.2.3選擇性91
6.2.4輪廓和ARDE95
6.2.5表面平整度和LWR/LER97
6.3應(yīng)用示例100
6.3.1具有定向改性步驟的ALE100
6.3.2具有定向去除步驟及化學(xué)吸附和擴(kuò)散改性的ALE101
6.3.3具有定向去除步驟和通過反應(yīng)層沉積進(jìn)行改性的ALE102
參考文獻(xiàn)104
第7章反應(yīng)離子刻蝕109
7.1反應(yīng)離子刻蝕機(jī)制109
7.1.1同時(shí)發(fā)生的物種通量109
7.1.2化學(xué)濺射113
7.1.3混合層形成114
7.1.4刻蝕產(chǎn)物的作用117
7.2性能指標(biāo)118
7.2.1刻蝕速率118
7.2.2ERNU123
7.2.3ARDE124
7.2.4選擇性126
7.2.5輪廓控制128
7.2.5.1側(cè)壁鈍化129
7.2.5.2刻蝕物種的選擇132
7.2.5.3溫度132
7.2.6CD控制134
7.2.7表面光滑度137
7.2.8LWR/LER138
7.3應(yīng)用示例141
7.3.1圖案化142
7.3.1.1自對準(zhǔn)圖案化142
7.3.1.2極紫外（EUV）光刻146
7.3.2邏輯器件148
7.3.2.1Fin刻蝕148
7.3.2.2柵極刻蝕150
7.3.2.3側(cè)墻刻蝕152
7.3.2.4接觸孔刻蝕153
7.3.2.5BEOL刻蝕154
7.3.3DRAM和3D NAND存儲(chǔ)器156
7.3.3.1DRAM電容單元刻蝕156
7.3.3.2高深寬比3D NAND刻蝕168
7.3.4新興存儲(chǔ)171
7.3.4.1相變存儲(chǔ)器（PCM）171
7.3.4.2ReRAM175
參考文獻(xiàn)177
第8章離子束刻蝕185
8.1離子束刻蝕的機(jī)理和性能指標(biāo)185
8.2應(yīng)用示例186
參考文獻(xiàn)188
第9章刻蝕物種產(chǎn)生189
9.1低溫等離子體概述189
9.2電容耦合等離子體194
9.3電感耦合等離子體206
9.4離子能量分布調(diào)制208
9.5等離子體脈沖211
9.6格柵源214
參考文獻(xiàn)217
第10章新興刻蝕技術(shù)221
10.1電子輔助化學(xué)刻蝕221
10.2光子輔助化學(xué)刻蝕223
參考文獻(xiàn)224

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