半導(dǎo)體制造設(shè)備系列(3)-刻蝕機(jī)

刻蝕與光刻、薄膜沉積是半導(dǎo)體制造中的三大步驟，并且不斷循環(huán)進(jìn)行，以制造出更為精細(xì)的電路結(jié)構(gòu)。前面講到我國在先進(jìn)制程光刻機(jī)領(lǐng)域暫時難以改變現(xiàn)狀，而刻蝕機(jī)有望成為三大半導(dǎo)體設(shè)備中實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的先鋒。

一、刻蝕機(jī)的原理：

刻蝕是利用化學(xué)或者物理的方法將晶圓表面附著的不必要的材質(zhì)進(jìn)行去除的過程?？涛g工藝順序位于鍍膜、涂膠、光刻、顯影之后，利用刻蝕步驟，對暴露在外的薄膜材質(zhì)進(jìn)行去除，留下晶圓所需要的部分，后續(xù)再進(jìn)行去除多余的光刻膠。多次重復(fù)上述步驟，得到構(gòu)造復(fù)雜的集成電路。

圖1. 刻蝕在半導(dǎo)體工藝中的作用

二、刻蝕機(jī)的分類：

按照刻蝕材料劃分，可分為介質(zhì)刻蝕與導(dǎo)體刻蝕。介質(zhì)刻蝕的主要對象是氧化硅、氮化硅、二氧化鉿等介質(zhì)材料，而導(dǎo)體刻蝕包括硅材料（單晶硅、多晶硅、和硅化物等）和金屬材料（鋁、鎢等）。

按照刻蝕原理，刻蝕分為干法刻蝕以及濕法刻蝕。干法刻蝕主要利用反應(yīng)氣體與等離子體進(jìn)行刻蝕，濕法刻蝕工藝主要是將刻蝕材料浸泡在腐蝕液內(nèi)進(jìn)行腐蝕。干法刻蝕的最大優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)各向異性刻蝕，即刻蝕時可控制僅垂直方向的材料被刻蝕，而不影響橫向材料，從而保證細(xì)小圖形轉(zhuǎn)移后的保真性。濕法刻蝕由于刻蝕方向的不可控性，導(dǎo)致其在高制程很容易降低線寬寬度，甚至破壞線路本身設(shè)計，導(dǎo)致生產(chǎn)芯片品質(zhì)變差。

圖2. 各向同性和各向異性刻蝕

目前來看，干法刻蝕在半導(dǎo)體刻蝕中占據(jù)絕對主流地位，市場占比達(dá)到95％。干法刻蝕主要是利用等離子體增強(qiáng)的氣態(tài)刻蝕，利用等離子體放電產(chǎn)生的帶化學(xué)活性的粒子，在離子的轟擊下，與表面的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生可揮發(fā)的氣體，從而在表面的材料上加工出微觀結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)生等離子體方法的不同，干法刻蝕主要分為電容性等離子體刻蝕（Capacitively Coupled Plasma）和電感性等離子體刻蝕（Inductive Coupled Plasma）。電容性等離子體刻蝕主要是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)；而電感性等離子體刻蝕主要是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。

圖3. CCP與ICP

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