湿法化学刻蚀技术与干法刻蚀技术

在半导体器件的制造中，蚀刻是指将选择性地从衬底上的薄膜中去除材料的技术（在其表面上有或没有先有结构），并通过这种去除在衬底上形成该材料的图案。该图案由耐蚀刻工艺的掩模限定，该掩模的产生在光刻中详细描述。一旦放置好掩模，就可以通过湿化学或“干”物理方法蚀刻不受掩模保护的材料。图1显示了此过程的示意图。

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从历史上看，直到VLSI和ULSI技术问世之前，湿式化学方法在蚀刻图案定义中都起着重要作用。但是，随着器件特征尺寸的减小和表面形貌的日益严格，湿法化学蚀刻逐渐取代了干法蚀刻技术。这种变化主要是由于湿法刻蚀的各向同性。如图2所示，湿法蚀刻会沿所有方向去除材料，这会导致由掩模定义的特征尺寸与在基板上复制的特征尺寸之间存在差异。与较大的特征尺寸相比，VLSI和ULSI设计要求掩模与图形特征尺寸相关性要精确得多。此外，先进设备中的长宽比（深度与宽度之比）增加了，要达到这些比例，就需要具有使用定向蚀刻技术各向异性地蚀刻材料的能力。图3提供了有助于理解各向同性与各向异性特征生成和方向蚀刻的示意图。湿法蚀刻在先进工艺中的最终应用受到了打击，这可能是因为许多用于设备制造的较新材料没有可用于蚀刻的易湿化学物质。这些问题相结合，使湿法蚀刻技术几乎只能用于清洁而不是蚀刻应用中。只有具有相对较大特征尺寸的设备（例如某些MEMS结构）才继续采用湿法进行蚀刻。在下面详细讨论了表面清洁 各向异性特征生成和定向蚀刻。湿法蚀刻在先进工艺中的最终应用受到了打击，这可能是因为许多用于设备制造的较新材料没有可用于蚀刻的易湿化学物质。这些问题相结合，使湿法蚀刻技术几乎只能用于清洁而不是蚀刻应用中。只有具有相对较大特征尺寸的设备（例如某些MEMS结构）才继续采用湿法刻蚀。在下面详细讨论了表面清洁 各向异性特征生成和定向蚀刻。湿法蚀刻在先进工艺中的最终应用受到了打击，这可能是因为许多用于设备制造的较新材料没有可用于蚀刻的易湿化学物质。这些问题相结合，使湿法蚀刻技术几乎专用于清洗，而不是用于蚀刻应用。只有具有相对较大特征尺寸的设备（例如某些MEMS结构）才继续采用湿法刻蚀。在下面详细讨论了表面清洁 在先进工艺中的实用性可能是由于许多用于设备制造的较新材料没有可用于蚀刻的易湿化学物质。这些问题相结合，使湿法蚀刻技术几乎只能用于清洁而不是蚀刻应用中。只有具有相对较大特征尺寸的设备（例如某些MEMS结构）才继续采用湿法刻蚀。在下面详细讨论了表面清洁 在先进工艺中的实用性可能是由于许多用于设备制造的较新材料没有可用于蚀刻的易湿化学物质。这些问题相结合，使湿法蚀刻技术几乎只能用于清洁而不是蚀刻应用中。只有具有相对较大特征尺寸的设备（例如某些MEMS结构）才继续采用湿法刻蚀。在下面详细讨论了表面清洁晶圆表面清洁。

各向异性蚀刻使用了一系列技术，这些技术被称为“干式”蚀刻。这些技术普遍用于VLSI和ULSI器件制造中的蚀刻，它们将是本节中详细讨论的唯一方法。干蚀刻可以通过诸如离子冲击之类的物理手段去除材料，伴随着材料从衬底的弹出或通过化学反应将衬底材料转换成可以被抽走的挥发性反应产物。干法蚀刻技术包括以下常用方法（蚀刻过程是通过化学蚀刻，物理蚀刻还是括号中所述的组合进行）：

各向同性径向蚀刻（化学）

反应离子蚀刻（化学/物理）

溅射蚀刻（物理）

离子铣削（物理）

离子束辅助蚀刻（物理）

反应离子束蚀刻（化学/物理）

所有干法蚀刻技术都是在真空条件下进行的，压力在一定程度上决定了蚀刻现象的性质。

表1取自Wolf和Tauber，显示了不同蚀刻方法的相对压力范围和一般特性。尽管用于蚀刻的设备和工艺特性有许多特定的变化形式，但我们将讨论限于对工艺基础和表1中确定的三种主要蚀刻方法的简要说明。

基本流程

有关等离子体刻蚀基础知识的深入讨论可在炬丰科技中找到（Wolf和Tauber，Sze），感兴趣的读者可以参考这些资料。在这里，我们仅提供等离子体生成基本原理的最简单描述。在等离子蚀刻过程中，许多物理现象正在起作用。当使用电极（在直流电或射频激励的情况下）或波导（在微波的情况下）在等离子室中产生强电场时，该电场会加速任何可用的自由电子，从而提高其内部能量（存在在任何环境中都是由宇宙射线等产生的自由电子）。自由电子与气相中的原子或分子发生碰撞，如果电子在碰撞中将足够的能量转移到原子/分子上，将发生电离事件，产生一个正离子和另一个自由电子。尽管如此，传递不足能量以进行电离的碰撞仍可以传递足够的能量以产生稳定但具有反应性的中性物质（即分子自由基）。当向系统提供足够的能量时，将生成包含自由电子，正离子和反应性中性离子的稳定的气相等离子体。

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/zonghexinwen/2021/0215/406.html