把未被抗蝕劑掩蔽的薄膜層除去，從而在薄膜上得到與抗蝕劑膜上完全相同圖形的工藝。在積體電路製造過程中，經過掩模套準、曝光和顯影，在抗蝕劑膜上複印出所需的圖形，或者用電子束直接描繪在抗蝕劑膜上產生圖形，然後把此圖形精確地轉移到抗蝕劑下面的介質薄膜（如氧化矽、氮化矽、多晶矽）或金屬薄膜（如鋁及其合金）上去，製造出所需的薄層圖案。刻蝕就是用化學的、物理的或同時使用化學和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜層除去，從而在薄膜上得到和抗蝕劑膜上完全一致的圖形。 刻蝕技術主要分為乾法刻蝕與濕法刻蝕。乾法刻蝕主要利用反應氣體與電漿進行刻蝕；濕法刻蝕主要利用化學試劑與被刻蝕材料發生化學反應進行刻蝕。
基本介紹
- 中文名：刻蝕工藝
- 特點：3條
- 乾法刻蝕：70年代末
- 方法：離子銑等離子刻蝕反應離子刻蝕
正文,刻蝕分類,濕法刻蝕,乾法刻蝕,
正文
在半導體製造中有兩種基本的刻蝕工藝：乾法刻蝕和濕法腐蝕。乾法刻蝕是把矽片表面曝露於氣態中產生的電漿，電漿通過光刻膠中開出的視窗，與矽片發生物理或化學反應（或這兩種反應），從而去掉曝露的表面材料。乾法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的最重要方法。而在濕法腐蝕中，液體化學試劑（如酸、鹼和溶劑等）以化學方式去除矽片表面的材料。濕法腐蝕一般只是用在尺寸較大的情況下（大於3微米）。濕法腐蝕仍然用來腐蝕矽片上某些層或用來去除乾法刻蝕後的殘留物。
基本工藝要求 理想的刻蝕工藝必須具有以下特點：①各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒有橫向鑽蝕。這樣才能保證精確地在被刻蝕的薄膜上複製出與抗蝕劑上完全一致的幾何圖形；②良好的刻蝕選擇性，即對作為掩模的抗蝕劑和處於其下的另一層薄膜或材料的刻蝕速率都比被刻蝕薄膜的刻蝕速率小得多，以保證刻蝕過程中抗蝕劑掩蔽的有效性，不致發生因為過刻蝕而損壞薄膜下面的其他材料；③加工批量大，控制容易，成本低，對環境污染少，適用於工業生產。
刻蝕分類
濕法刻蝕
這是傳統的刻蝕方法。把矽片浸泡在一定的化學試劑或試劑溶液中，使沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜表面與試劑發生化學反應而被除去。例如,用一種含有氫氟酸的溶液刻蝕二氧化矽薄膜，用磷酸刻蝕鋁薄膜等。這種在液態環境中進行刻蝕的工藝稱為“濕法”工藝，其優點是操作簡便、對設備要求低、易於實現大批量生產，並且刻蝕的選擇性也好。但是，化學反應的各向異性較差，橫向鑽蝕使所得的刻蝕剖面呈圓弧形（見圖）。這不僅使圖形剖面發生變化，而且當稍有過刻蝕時剖面會產生如圖中的虛線，致使薄膜上圖形的線寬比原抗蝕劑膜上形成的線寬小2墹x,並且墹x隨過刻蝕時間迅速增大。這使精確控制圖形變得困難。濕法刻蝕的另一問題，是抗蝕劑在溶液中，特別在較高溫度的溶液中易受破壞而使掩蔽失效，因而對於那些只能在這種條件下刻蝕的薄膜必須採用更為複雜的掩蔽方案。
對於採用微米級和亞微米量級線寬的超大規模積體電路，刻蝕方法必須具有較高的各向異性特性，才能保證圖形的精度，但濕法刻蝕不能滿足這一要求。
對於採用微米級和亞微米量級線寬的超大規模積體電路，刻蝕方法必須具有較高的各向異性特性，才能保證圖形的精度，但濕法刻蝕不能滿足這一要求。
乾法刻蝕
70年代末研究出一系列所謂乾法刻蝕工藝。乾法刻蝕有離子銑刻蝕、等離子刻蝕和反應離子刻蝕三種主要方法。
① 離子銑刻蝕：低氣壓下惰性氣體輝光放電所產生的離子加速後入射到薄膜表面，裸露的薄膜被濺射而除去。由於刻蝕是純物理作用，各向異性程度很高，可以得到解析度優於 1微米的線條。這種方法已在磁泡存儲器、表面波器件和集成光學器件等製造中得到套用。但是，這種方法的刻蝕選擇性極差，須採用專門的刻蝕終點監測技術，而且刻蝕速率也較低。
② 等離子刻蝕：利用氣壓為10～1000帕的特定氣體（或混合氣體）的輝光放電，產生能與薄膜發生離子化學反應的分子或分子基團，生成的反應產物是揮發性的。它在低氣壓的真空室中被抽走，從而實現刻蝕。通過選擇和控制放電氣體的成分，可以得到較好的刻蝕選擇性和較高的刻蝕速率，但刻蝕精度不高，一般僅用於大於4～5微米線條的工藝中。
③ 反應離子刻蝕：這種刻蝕過程同時兼有物理和化學兩種作用。輝光放電在零點幾到幾十帕的低真空下進行。矽片處於陰極電位，放電時的電位大部分降落在陰極附近。大量帶電粒子受垂直於矽片表面的電場加速，垂直入射到矽片表面上,以較大的動量進行物理刻蝕,同時它們還與薄膜表面發生強烈的化學反應，產生化學刻蝕作用。選擇合適的氣體組分，不僅可以獲得理想的刻蝕選擇性和速度，還可以使活性基團的壽命短，這就有效地抑制了因這些基團在薄膜表面附近的擴散所能造成的側向反應，大大提高了刻蝕的各向異性特性。反應離子刻蝕是超大規模積體電路工藝中很有發展前景的一種刻蝕方法。
現代化的乾法刻蝕設備包括複雜的機械、電氣和真空裝置，同時配有自動化的刻蝕終點檢測和控制裝置。因此這種工藝的設備投資是昂貴的。
① 離子銑刻蝕：低氣壓下惰性氣體輝光放電所產生的離子加速後入射到薄膜表面，裸露的薄膜被濺射而除去。由於刻蝕是純物理作用，各向異性程度很高，可以得到解析度優於 1微米的線條。這種方法已在磁泡存儲器、表面波器件和集成光學器件等製造中得到套用。但是，這種方法的刻蝕選擇性極差，須採用專門的刻蝕終點監測技術，而且刻蝕速率也較低。
② 等離子刻蝕：利用氣壓為10～1000帕的特定氣體（或混合氣體）的輝光放電，產生能與薄膜發生離子化學反應的分子或分子基團，生成的反應產物是揮發性的。它在低氣壓的真空室中被抽走，從而實現刻蝕。通過選擇和控制放電氣體的成分，可以得到較好的刻蝕選擇性和較高的刻蝕速率，但刻蝕精度不高，一般僅用於大於4～5微米線條的工藝中。
③ 反應離子刻蝕：這種刻蝕過程同時兼有物理和化學兩種作用。輝光放電在零點幾到幾十帕的低真空下進行。矽片處於陰極電位，放電時的電位大部分降落在陰極附近。大量帶電粒子受垂直於矽片表面的電場加速，垂直入射到矽片表面上,以較大的動量進行物理刻蝕,同時它們還與薄膜表面發生強烈的化學反應，產生化學刻蝕作用。選擇合適的氣體組分，不僅可以獲得理想的刻蝕選擇性和速度，還可以使活性基團的壽命短，這就有效地抑制了因這些基團在薄膜表面附近的擴散所能造成的側向反應，大大提高了刻蝕的各向異性特性。反應離子刻蝕是超大規模積體電路工藝中很有發展前景的一種刻蝕方法。
現代化的乾法刻蝕設備包括複雜的機械、電氣和真空裝置，同時配有自動化的刻蝕終點檢測和控制裝置。因此這種工藝的設備投資是昂貴的。
乾法刻蝕也可以根據被刻蝕的材料類型來分類。按材料來分，刻蝕主要分成三種：金屬刻蝕、介質刻蝕、和矽刻蝕。介質刻蝕是用於介質材料的刻蝕，如二氧化矽。接觸孔和通孔結構的製作需要刻蝕介質，從而在ILD中刻蝕出視窗，而具有高深寬比（視窗的深與寬的比值）的視窗刻蝕具有一定的挑戰性。矽刻蝕（包括多晶矽）套用於需要去除矽的場合，如刻蝕多晶矽電晶體柵和矽槽電容。金屬刻蝕主要是在金屬層上去掉鋁合金複合層，製作出互連線。
刻蝕也可以分成有圖形刻蝕和無圖形刻蝕。有圖形刻蝕採用掩蔽層（有圖形的光刻膠）來定義要刻蝕掉的表面材料區域，只有矽片上被選擇的這一部分在刻蝕過程中刻掉。有圖形刻蝕可用來在矽片上製作多種不同的特徵圖形，包括柵、金屬互連線、通孔、接觸孔和溝槽。無圖形刻蝕、反刻或剝離是在整個矽片沒有掩模的情況下進行的，這種刻蝕工藝用於剝離掩模層（如STI氮化矽剝離和用於製備電晶體注入側牆的矽化物工藝後鈦的剝離）。反刻是在想要把某一層膜的總的厚度減小時採用的（如當平坦化矽片表面時需要減小形貌特徵）。光刻膠是另一個剝離的例子。總的來說，有圖形刻蝕和無圖形刻蝕工藝條件能夠採用乾法刻蝕或濕法腐蝕技術來實現。為了複製矽片表面材料上的掩膜圖形，刻蝕必須滿足一些特殊的要求。包括幾方面刻蝕參數：刻蝕速率、刻蝕剖面、刻蝕偏差、選擇比、均勻性、殘留物、聚合物、電漿誘導損傷、顆粒玷污和缺陷等。刻蝕是用化學或物理方法有選擇的從矽片表面去除不需要的材料的過程。刻蝕的基本目標是在塗膠的矽片上正確的複製掩模圖形。有圖形的光刻膠層在刻蝕中不受腐蝕源顯著的侵蝕。這層掩蔽膜用來在刻蝕中保護矽片上特殊區域而選擇性的刻蝕掉未被光刻膠保護的區域如圖一。在通常的CMOS工藝流程中刻蝕都是在光刻工藝之後進行的如圖二。從這一點來說，刻蝕可以看成在矽片上複製所想要的圖形的最後主要圖形轉移工藝步驟。
圖一：刻蝕在CMOS技術中的套用
圖二：通常的CMOS工藝流程
