半導(dǎo)體工藝中的蝕刻工藝的選擇性

刻蝕技術(shù)（etching technique），是在半導(dǎo)體工藝，按照掩模圖形或設(shè)計(jì)要求對(duì)半導(dǎo)體襯底表面或表面覆蓋薄膜進(jìn)行選擇性腐蝕或剝離的技術(shù)?？涛g技術(shù)不僅是半導(dǎo)體器件和集成電路的基本制造工藝，而且還應(yīng)用于薄膜電路、印刷電路和其他微細(xì)圖形的加工?？涛g還可分為濕法刻蝕和干法刻蝕。

刻蝕的機(jī)制，按發(fā)生順序可概分為「反應(yīng)物接近表面」、「表面氧化」、「表面反應(yīng)」、「生成物離開表面」等過程。所以整個(gè)刻蝕，包含反應(yīng)物接近、生成物離開的擴(kuò)散效應(yīng)，以及化學(xué)反應(yīng)兩部分。整個(gè)刻蝕的時(shí)間，等于是擴(kuò)散與化學(xué)反應(yīng)兩部分所費(fèi)時(shí)間的總和。二者之中孰者費(fèi)時(shí)較長，整個(gè)刻蝕之快慢也卡在該者，故有所謂「reaction limited」與「diffusion limited」兩類刻蝕之分。

目前干法刻蝕市場占比90%，濕法刻蝕占比10%，濕法刻蝕一般適用于尺寸較大的情況下（大于3微米）以及用來腐蝕硅片上某些層或用來去除干法刻蝕后的殘留物。其余，生產(chǎn)中大部分采用干法刻蝕。 干法刻蝕與濕法腐蝕工藝?yán)盟幰禾幚淼脑聿煌?，干法刻蝕在刻蝕表面材料時(shí)，既存在化學(xué)反應(yīng)又存在物理反應(yīng)。因此在刻蝕特性上既表現(xiàn)出化學(xué)的等方性，又表現(xiàn)出物理的異方性。所謂等方性，是指縱橫兩個(gè)方向上均存在刻蝕。而異向性，則指單一縱向上的刻蝕。干法刻蝕用于高精度的圖形轉(zhuǎn)移。目前我國刻蝕工藝以及刻蝕設(shè)備相對(duì)于光刻而言，已經(jīng)能夠達(dá)到世界較為前列的水平。能夠達(dá)到較高的刻蝕選擇性、更好的尺寸控制、低面比例依賴刻蝕和更低的等離子體損傷。

蝕刻的選擇性 刻蝕選擇性（Etch Selectivity）是描述在刻蝕過程中，所需材料與不應(yīng)被刻蝕的材料之間刻蝕速率的比值?？涛g選擇性可以用來描述掩膜和目標(biāo)材料的蝕刻速率之間的相對(duì)蝕刻速率，也可以是不同材料層之間的相對(duì)蝕刻速率。如果一個(gè)目標(biāo)材料被刻蝕的速度是掩膜或基底材料的10倍，那么刻蝕選擇比就是10:1。

刻蝕選擇性越高，表示目標(biāo)材料被刻蝕的速率很快，但是掩膜或相鄰層刻蝕的速率很慢。高的刻蝕選擇性確保掩膜在刻蝕過程中幾乎不被消耗，并且在刻蝕完目標(biāo)材料后反應(yīng)停止，不會(huì)再刻蝕相鄰層。一般來說，>5:1 的選擇性被認(rèn)為是高選擇性。在某些情況下，選擇性可能為 100:1。 刻蝕選擇性越低，兩種材料以相對(duì)相似的速率蝕刻。當(dāng)選擇性較低時(shí)，掩膜將無法為目標(biāo)材料提供盡可能多的保護(hù)。這意味著必須使用更厚的掩膜來刻蝕到所需的深度，這樣就提高了掩膜制作的難度和成本。另一方面，當(dāng)目標(biāo)材料被刻蝕完后，仍然會(huì)對(duì)底層材料進(jìn)行刻蝕，這些都是我們所不想要的。

干法刻蝕過程中的注意事項(xiàng)

維持一致性(Uniformity)。一致性是指刻 蝕的速度在晶圓上的各個(gè)部位“有多相同”在 工藝進(jìn)行的過程中,一定時(shí)間下,不同的晶圓部位刻蝕的速度不同,形成的形狀也可能不同,所以可能會(huì)導(dǎo)致位于某些部位的芯片發(fā)生不良現(xiàn)象或其特性發(fā)生變化。?

刻蝕速度(Etch Rate)。它意味著在一定時(shí)間內(nèi)可以去除多少薄膜。刻蝕速度主要取決于表面反應(yīng)所必需的反應(yīng)性原子和離子的數(shù)量以及離子的能量,所以提高對(duì)這些因素的控制能力就可以提高總收益率。此外,選擇性(Selectivity)、形狀(Profile)等也是干式刻蝕的重要因素。

審核編輯：黃飛

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