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半导体制造中刻蚀Etch是什么

2025-04-24 16:01:08杂谈19

刻蚀（Etch）是半导体制造中的关键工艺之一，其目的是将光刻得到的光刻胶图形转移到晶圆表面的薄膜上，通过化学反应或物理作用的方式去除没有光刻胶保护的薄膜，完成图形转移。以下是刻蚀工艺的详细介绍：

分类

湿法刻蚀（Wet Etching）原理：利用化学溶液（如HF酸、KOH）与材料发生各向同性反应，通过浸泡或喷淋实现材料去除。特点：各向同性刻蚀，即刻蚀过程在所有方向上以相同的速率进行，适用于大面积材料的均匀去除。但无法控制刻蚀方向，易导致侧向钻蚀（Undercut），仅适用于图形尺寸＞3μm的成熟制程。应用：常用于去除不需要的材料，或在需要形成均匀的三维结构时使用。干法刻蚀（Dry Etching）等离子刻蚀（Plasma Etch）：一种绝对化学刻蚀工艺，也称为化学干法刻蚀（Chemical Dry Etch）。其优点在于不会导致晶圆表面的离子损伤，由于蚀刻气体中的活性粒子可自由移动，蚀刻过程是各向同性的，适用于去除整个薄膜层。反应离子刻蚀（RIE, Reactive Ion Etching）：将刻蚀气体变成等离子，以进行刻蚀。在设备内投入混合气体（反应气体与惰性气体）后，赋予气体高能量，使其分解为电子、阳离子和自由基。阳离子在电场中加速冲向晶圆，发生物理刻蚀，同时自由基与材料发生化学反应，生成挥发性产物。这种刻蚀方式具有各向异性，能够实现高精度和复杂图案的刻蚀。离子束刻蚀（Ion Beam Etching）：利用高能氩离子束以大约1至3keV的能量照射在材料表面上，离子束的能量使其撞击并去除表面材料。蚀刻过程在垂直或倾斜入射离子束的情况下是各向异性的，但由于其缺乏选择性，对不同层面的材料没有明显区别，在当前的半导体制造中很少使用。进阶技术：ICP（电感耦合等离子体）：通过高频线圈产生高密度等离子体（密度达10¹¹~10¹² cm⁻³），提升刻蚀速率。ALE（原子层刻蚀）：通过自限制反应逐层去除原子，精度可达0.1nm，用于EUV光刻掩模修复。

评价指标

刻蚀速率（Etching Rate）：指单位时间内材料被刻蚀的深度，通常以纳米/分钟（nm/min）或埃/分钟（Å/min）为单位。刻蚀速率直接影响到刻蚀工艺的加工效率和生产能力。刻蚀选择性（Etch Selectivity）：指不同材料在相同刻蚀条件下的刻蚀速率比。例如，对于硅（Si）和二氧化硅（SiO₂）的刻蚀选择性，通常要求在20:1以上。刻蚀均匀性（Etch Uniformity）：指一个硅片或多个硅片或多批硅片上刻蚀速率的变化。方向性（Anisotropy）：刻蚀的方向性，各向异性度A=0时为各向同性，A=1时为各向异性。过腐蚀（Undercut）：横向单边的过腐蚀量。