【电子通识】半导体工艺—

【电子通识】半导体工艺——刻蚀工艺

在文章【电子通识】半导体工艺——光刻工艺中我们讲到人们经常将 Photo Lithography（光刻）缩写成 Photo。光刻工艺是在晶圆上利用光线来照射带有电路图形的光罩，从而绘制电路。光刻工艺类似于洗印黑白照片，将在胶片上形成的图像印在相纸上。

美术课上创作过的“版画”是一种通过在木材、金属或石材的表面上绘制形状，然后涂上墨水或颜料印在纸或布上的绘画形式。刻蚀工艺与这种版画的刻蚀 (Etching)技术有着相似的原理。

绘画中的刻蚀技术是指在銅板上涂抹防止酸产生化学反应的防腐蚀剂，然后利用锋利的工具刮削，露出铜板的过程，然后再将铜板放入腐蚀液(稀硝酸)中，控制其腐蚀程度从而产生图形。

显影过程结束后，光刻工艺就完成了。接下来进行刻蚀。刻蚀工艺是与铜版画刻蚀(Etching)技术相似的刻蚀工艺。刻蚀工艺作为半导体工艺中的核心环节，直接决定了器件的结构和特性，刻蚀工艺用于精确地去除或调整半导体表面的材料，以形成所需的结构和电路图案。

如果沉积或光刻（Photolithography）工程中出现问题，可通过选择性蚀刻（Etch）技术解决问题。但是，如果蚀刻（Etch）工程过程中出现问题，则情况无法逆转。这是因为无法在雕刻区域填充相同材料。因此，在半导体制造过程中，刻蚀对于确定总体良品率和产品质量至关重要。

图案化工艺包括曝光(Exposure)、显影(Develope)、刻蚀(Etching)和离子注入等流程。其中，刻蚀工艺是光刻（Photo）工艺的下一步，用于去除光刻胶（Photo Resist，PR）未覆盖的底部区域，仅留下所需的图案。

这一工艺流程旨在将掩模（Mask）图案固定到涂有光刻胶的晶圆上（曝光→显影）并将光刻胶图案转印回光刻胶下方膜层。随着电路的关键尺寸（Critical Dimension, CD）小型化（2D视角），刻蚀工艺从湿法刻蚀转为干法刻蚀，因此所需的设备和工艺更加复杂。由于积极采用3D单元堆叠方法，刻蚀工艺的核心性能指数出现波动，从而刻蚀工艺与光刻工艺成为半导体制造的重要工艺流程之一。

物理刻蚀（Physical Etching）

物理刻蚀指的是通过物理作用去除材料的过程，不涉及化学反应。

溅射（Sputtering）： 这是一种常见的物理刻蚀方法，其中高能离子撞击材料表面，将原子或分子从表面撞出，从而实现刻蚀。这种方法广泛用于精细图案的制造，尤其是当需要各向异性刻蚀时。

化学刻蚀（Chemical Etching）

化学刻蚀通过化学反应去除材料，形成易于移除的产物。

干法刻蚀（Dry Etching）： 在干法刻蚀中，使用等离子体产生的活性离子和自由基与材料发生反应，生成挥发性产物，常用于精确的图案转移。

干法刻蚀过程中的注意事项

        第一，维持一致性(Uniformity)。

        一致性是指刻蚀的速度在晶圆上的各个部位“有多相同”在工艺进行的过程中，一定时间下，不同的晶圆部位刻蚀的速度不同，形成的形状也可能不同，所以可能会导致位于某些部位的芯片发生不良现象或其特性发生变化。

        第二，刻蚀速度(Etch Rate)。

        它意味着在一定时间内可以去除多少薄膜。刻蚀速度主要取决于表面反应所必需的反应性原子和离子的数量以及离子的能量，所以提高对这些因素的控制能力就可以提高总收益率。此外，选择性(Selectivity)、形状(Profile)等也是干式刻蚀的重要因素。
湿法刻蚀（Wet Etching）： 使用液态化学试剂与材料发生反应，形成可溶解的产物，然后通过溶液移除，这种方法适用于大面积材料的均匀去除。