半導體制造設備系列(3)-刻蝕機

刻蝕與光刻、薄膜沉積是半導體制造中的三大步驟，并且不斷循環進行，以制造出更為精細的電路結構。前面講到我國在先進制程光刻機領域暫時難以改變現狀，而刻蝕機有望成為三大半導體設備中實現國產化的先鋒。

一、刻蝕機的原理：

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

圖1. 刻蝕在半導體工藝中的作用

二、刻蝕機的分類：

按照刻蝕材料劃分，可分為介質刻蝕與導體刻蝕。介質刻蝕的主要對象是氧化硅、氮化硅、二氧化鉿等介質材料，而導體刻蝕包括硅材料（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氣體與等離子體進行刻蝕，濕法刻蝕工藝主要是將刻蝕材料浸泡在腐蝕液內進行腐蝕。干法刻蝕的最大優勢在于能夠實現各向異性刻蝕，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，從而保證細小圖形轉移后的保真性。濕法刻蝕由于刻蝕方向的不可控性，導致其在高制程很容易降低線寬寬度，甚至破壞線路本身設計，導致生產芯片品質變差。

圖2. 各向同性和各向異性刻蝕

目前來看，干法刻蝕在半導體刻蝕中占據絕對主流地位，市場占比達到95％。干法刻蝕主要是利用等離子體增強的氣態刻蝕，利用等離子體放電產生的帶化學活性的粒子，在離子的轟擊下，與表面的材料發生化學反應，產生可揮發的氣體，從而在表面的材料上加工出微觀結構。根據產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材料上，刻蝕高深寬比的深孔、深溝等微觀結構；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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