刻蝕是什么？刻蝕最簡單最常用分類

刻蝕，英文為Etch，它是半導(dǎo)體制造工藝，微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的一種相當(dāng)重要的步驟。是與光刻 [1] 相聯(lián)系的圖形化(pattern)處理的一種主要工藝。所謂刻蝕，實際上狹義理解就是光刻腐蝕，先通過光刻將光刻膠進行光刻曝光處理，然后通過其它方式實現(xiàn)腐蝕處理掉所需除去的部分?？涛g是用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，其基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模圖形。隨著微制造工藝的發(fā)展，廣義上來講，刻蝕成了通過溶液、反應(yīng)離子或其它機械方式來剝離、去除材料的一種統(tǒng)稱，成為微加工制造的一種普適叫法。

刻蝕最簡單最常用分類是：干法刻蝕和濕法刻蝕。顯而易見，它們的區(qū)別就在于濕法使用溶劑或溶液來進行刻蝕。濕法刻蝕是一個純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，是指利用溶液與預(yù)刻蝕材料之間的化學(xué)反應(yīng)來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而達到刻蝕目的。其特點是：濕法刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著廣泛應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕優(yōu)點是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡單、成本低缺點是：鉆刻嚴重、對圖形的控制性較差，不能用于小的特征尺寸;會產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液干法刻蝕種類很多，包括光揮發(fā)、氣相腐蝕、等離子體腐蝕等。按照被刻蝕的材料類型來劃分，干法刻蝕主要分成三種：金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕和硅刻蝕 [2] 。介質(zhì)刻蝕是用于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅。干法刻蝕優(yōu)點是：各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，細線條操作安全，易實現(xiàn)自動化，無化學(xué)廢液，處理過程未引入污染，潔凈度高。缺點是：成本高，設(shè)備復(fù)雜。干法刻蝕主要形式有純化學(xué)過程(如屏蔽式，下游式，桶式)，純物理過程(如離子銑)，物理化學(xué)過程，常用的有反應(yīng)離子刻蝕RIE，離子束輔助自由基刻蝕ICP等 [3] 。干法刻蝕方式很多，一般有：濺射與離子束銑蝕， 等離子刻蝕(Plasma Etching)，高壓等離子刻蝕，高密度等離子體(HDP)刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。另外，化學(xué)機械拋光CMP，剝離技術(shù)等等也可看成是廣義刻蝕的一些技術(shù)。有圖形的光刻膠層在刻蝕中不受到腐蝕源顯著的侵蝕，這層掩蔽膜用來在刻蝕中保護硅片上的特殊區(qū)域而選擇性地刻蝕掉未被光刻膠保護地區(qū)域，如圖1所示。

濕法刻蝕一般應(yīng)用在光阻去除、表面處理。濕法刻蝕主要有SC-1、SC-2、KI、NMP+IPA等。

NMP+IPA：用以去除表面光刻膠。NMP為有機溶劑，根據(jù)相似相溶原理將光刻膠去除，IPA去除NMP殘留以及將晶元表面保持疏水狀態(tài)。

KI溶液：用作腐蝕表面不需要的金屬金。

SC-1：NH4OH + H2O，表面處理

SC-2：HCL+H2O，表面處理

BOE：NH4F：HF：H2O，表面處理或SiO2、SiN的去除。

干法刻蝕根據(jù)原理不同分為三類，等離子體刻蝕、離子束刻蝕和反應(yīng)刻蝕。三者分別對應(yīng)化學(xué)反應(yīng)、物理反應(yīng)和物化結(jié)合。現(xiàn)在單純的離子束刻蝕較為少見，一般是等離子體刻蝕和反應(yīng)刻蝕。

干法刻蝕從刻蝕材料上一般由，光刻膠、SiN、SiC、SiO2等等。根據(jù)不同材料所使用氣體也不同。

刻蝕是指在掩蔽膜的保護下，將基片表面裸露薄膜或表面物質(zhì)以物理或化學(xué)方法均勻移除的工藝技術(shù)。

理想的刻蝕必須具有以下特點：

各向異性刻蝕，即只有垂直刻蝕，沒有橫向鉆蝕;

良好的選擇性，即對掩膜和下一層材料的刻蝕速率比待刻蝕薄膜小得多。

容易控制，成本低，對環(huán)境污染少，均勻性好，效率高，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

濕法刻蝕，化學(xué)腐蝕，晶片放在腐蝕液中(或噴淋)，通過化學(xué)反應(yīng)去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜圖形。

濕法刻蝕大致分三步，刻蝕速率一般由最慢步驟決定。反應(yīng)物擴散到待刻蝕薄膜反應(yīng);反應(yīng)物與待刻蝕薄膜反應(yīng);反應(yīng)物的產(chǎn)物從刻蝕表面擴散到溶液中，并隨溶液排出。

干法刻蝕，應(yīng)用等離子技術(shù)的刻蝕方法。

等離子，是具有一定導(dǎo)電能力的氣態(tài)化合物。它包含電子、離子、以及原子、原子團、分子和它們的激發(fā)態(tài)，宏觀上呈現(xiàn)電中性。

刻蝕氣體在反應(yīng)器中等離子比，與被刻蝕材料反應(yīng)或濺射，生成物是氣態(tài)物質(zhì)，從反應(yīng)器中被抽出。

干法刻蝕種類：等離子體刻蝕、離子銑、反應(yīng)離子刻蝕。

刻蝕簡單點理解就是光刻腐蝕，是和光刻相關(guān)的圖形化處理工藝，結(jié)合化學(xué)、物理、化學(xué)物理等方法有選擇的去除(光刻膠)開口下方的材料，這些材料包括硅、介質(zhì)材料、金屬材料、光刻膠等。刻蝕也就是把光刻膠等材料當(dāng)作掩蔽層，采用物理/化學(xué)等方法去掉下層材料中沒有被上層遮蔽層材料遮蔽的地方，進一步獲取到下層材料上與掩膜板圖形對應(yīng)的圖形。

刻蝕主要參數(shù)：刻蝕速率、均勻性、選擇比(對不同材料的刻蝕速率比)、刻蝕坡面(各向異性、各向同性)

刻蝕比較通用的有兩種技術(shù)，一種是濕法刻蝕，濕法刻蝕各向異性較差，側(cè)壁容易產(chǎn)生橫向刻蝕造成刻蝕偏差,通常用于工藝尺寸較大的應(yīng)用,或用于干法刻蝕后清洗殘留物等。另一種是干法刻蝕，它是目前更為流行的刻蝕技術(shù)，在干法刻蝕中又以等離子體干法刻蝕為主導(dǎo)。等離子刻蝕產(chǎn)生等離子體方法的不同，使得干法刻蝕繼續(xù)細分為電容性等離子體刻蝕與電感性等離子體刻蝕;根據(jù)被刻蝕材料類型的不同，干法刻蝕主要是刻蝕介質(zhì)材料(氧化硅、氮化硅、二氧化給、光刻膠等)、硅材料(單晶硅、多晶硅、和硅化物等)和金屬材料(鋁、鎢等)。

應(yīng)用最廣泛的刻蝕設(shè)備是 ICP 與 CCP，這兩種刻蝕設(shè)備涵蓋了主要的刻蝕應(yīng)用。

(1)電容性等離子體刻蝕CCP：以高能離子在較硬的介質(zhì)材料上，刻蝕高深寬比的深孔、深溝等微觀結(jié)構(gòu);能量高、精度低，應(yīng)用于介質(zhì)材料刻蝕(形成上層線路)——諸如邏輯芯片的柵側(cè)墻、硬掩膜刻蝕、中段的接觸孔刻蝕、后端的鑲嵌式和鋁墊刻蝕等，以及 3D 閃存芯片工藝(氮化硅/氧化硅)的深槽、深孔和連線接觸孔的刻蝕等。

(2)電感性等離子體刻蝕ICP：以較低的離子能量和極均勻的離子濃度刻蝕較軟的和較薄的材料。能量低、精度高，應(yīng)用于硅刻蝕和金屬刻蝕(形成底層器件)——硅淺槽隔離(STI)、鍺(Ge)、多晶硅柵結(jié)構(gòu)、金屬柵結(jié)構(gòu)、應(yīng)變硅(StrainedSi)、金屬導(dǎo)線、金屬焊墊(Pad)、鑲嵌式刻蝕金屬硬掩模和多重成像技術(shù)中的多道刻蝕工藝技術(shù)發(fā)展方向是原子層刻蝕(ALE)。

常見工藝上會觸碰到“刻蝕”與“蝕刻”，從字面的意思上很難有所區(qū)分，但從工藝的角度考慮，這兩個之間卻在某種程度上有所區(qū)別。

刻蝕，所提到的經(jīng)常是半導(dǎo)體制造工藝，微電子IC制造工藝以及微納制造工藝，通常狹義的理解便是光刻腐蝕，通過光刻機將光刻膠進行光刻曝光處理，再根據(jù)其他方式實現(xiàn)腐蝕處理掉所需除去的部分。而廣義的理解上，刻蝕通過溶液、反應(yīng)離子或其他機械方式來剝離、除去材料的一種統(tǒng)稱，與蝕刻在工藝上有著明顯的區(qū)別。

蝕刻即光化學(xué)蝕刻，指通過制版曝光，顯影后，將要時刻區(qū)域的保護膜去除，在蝕刻時使金屬接觸化學(xué)溶液，使用兩個陽性圖形通過從兩面的化學(xué)淹磨達到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。化學(xué)蝕刻是很有針對性的，是專指受控腐蝕，是金屬通過化學(xué)方法進行一種可以控制的加工方法。