蚀刻过程

蚀刻过程去除晶圆表面的特定区域以沉积其他材料。

“干”(等离子)蚀刻用于形成电路，而“湿”蚀刻(使用化学浴)主要用于清洁晶圆。干蚀刻是半导体制造中最常用的工艺之一。开始蚀刻时，先在晶圆上涂上一层光刻胶或硬掩膜(通常是氧化物或氮化物)，然后在光刻过程中将电路图案暴露在晶圆上。蚀刻只能从暴露的图案中去除材料。在芯片加工过程中，绘图和蚀刻过程重复多次。

蚀刻分为导体蚀刻、介质蚀刻和多晶硅蚀刻，它们被用于从晶圆上去除不同类型的薄膜。例如，当腐蚀氧化层以留下“氧化绝缘体”以分离器件时，使用介质蚀刻;多晶硅蚀刻用于制造晶体管的栅极;介质刻蚀用于刻蚀用于铺设金属导电路径的孔和槽;同时，金属蚀刻可以去除铝、钨或铜层，在堆叠芯片结构中逐步生成互连的线纹。

等离子体蚀刻是通过将电磁能量(通常是射频(RF))应用到含有氟或氯等化学反应成分的气体中来实现的。等离子体释放正电荷离子撞击晶片，以除去材料，并与活性自由基反应，自由基与蚀刻材料反应，形成挥发性或非挥发性残留物。离子电荷垂直射入晶圆表面。这导致了几乎垂直的蚀刻地形，在今天密集封装的芯片设计中产生微妙的特征。一般来说，高侵蚀率(在给定的时间内去除的材料的数量)是受欢迎的。

在这个过程中使用的化学物质取决于要蚀刻的薄膜类型。含氟化学品通常用于电介质蚀刻应用。硅和金属蚀刻使用含氯的化学物质。在此过程中，可以在一个或多个薄膜层上执行特定的蚀刻步骤。当需要处理多层膜时，当刻蚀必须精确地停在特定的膜层而不损坏它时，刻蚀工艺的选择就变得非常重要。选择比率是两个蚀刻速率的比率:去除层的蚀刻速率与保护层(例如蚀刻掩膜或停止层)的蚀刻速率的比率。蒙版或停止层)通常需要有更高的选择。

如上所述，反应离子蚀刻(RIE)的目的是在物理蚀刻和化学蚀刻之间达到最佳平衡，即(a)蚀刻速率物理冲击强度足够去除必要的材料，同时，适当的化学反应可使剩余物易挥发残渣排出或形成保护性沉积(选择)比和形态控制。场增强RIE工艺通过增加离子密度而不增加离子能量来改善加工过程，而离子能量会导致晶片损耗。

理想情况下，晶圆上所有点的蚀刻速率都是均匀的。蚀刻速率在晶圆上不同点的情况称为非均匀性(或微负载)，通常用百分数表示。减少非均匀性和微负载是蚀刻的一个重要目标。

应用材料在为不断变化的蚀刻挑战开发具有成本效益和创新的解决方案方面有着悠久的历史。这些挑战可能源于设备尺寸的不断缩小;使用材料的变化(例如高K膜或多孔超低K介质膜);器件结构多样化(如FinFET和3DNAND晶体管);以及新的封装方法(如硅穿孔技术)。