刻蝕工藝的核心機(jī)理與重要性

刻蝕工藝是半導(dǎo)體圖案化過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與光刻機(jī)和薄膜沉積設(shè)備并稱為半導(dǎo)體制造的三大核心設(shè)備。刻蝕的主要作用是將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到功能膜層，具體而言，是通過物理及化學(xué)方法在晶圓表面襯底及功能材料上雕刻出集成電路所需的立體微觀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)掩模圖形到晶圓表面的轉(zhuǎn)移。

刻蝕工藝的核心作用體現(xiàn)在三個方面：

圖形轉(zhuǎn)移：將光刻膠上的二維圖案轉(zhuǎn)化為三維功能層結(jié)構(gòu)；
多層互連基礎(chǔ)：在刻蝕形成的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行介質(zhì)/金屬沉積，實(shí)現(xiàn)電路垂直集成；
工藝協(xié)同：與光刻、薄膜沉積構(gòu)成"曝光-刻蝕-沉積"循環(huán)，最終形成完整集成電路。


刻蝕工藝分類及市場現(xiàn)狀

根據(jù)刻蝕工藝的不同，可分為干法刻蝕和濕法刻蝕兩大類，對應(yīng)的刻蝕劑主要分為氣態(tài)和液態(tài)兩種（本文主要講解濕法刻蝕）。

值得注意的是，刻蝕工藝存在多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，這些指標(biāo)對芯片良品率和產(chǎn)能影響重大。刻蝕設(shè)備要達(dá)到理想的工藝指標(biāo)，需要長期的實(shí)驗(yàn)和跑片來積累經(jīng)驗(yàn)，并不斷調(diào)試設(shè)備各個子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，因此刻蝕設(shè)備行業(yè)存在較高的技術(shù)壁壘。

濕法刻蝕設(shè)備技術(shù)詳解

濕法刻蝕設(shè)備按照加工方式可分為批量式和單片式兩大類。

一、批量式濕法刻蝕設(shè)備

多槽式刻蝕設(shè)備

多槽式刻蝕設(shè)備擁有多個化學(xué)反應(yīng)槽，通過浸泡方式同時加工多片晶圓。由于刻蝕不同材料需要使用不同的刻蝕劑，化學(xué)槽內(nèi)的刻蝕劑需要根據(jù)下游需求配置。加工過程中，機(jī)械臂按設(shè)定順序依次將晶圓放入化學(xué)槽/清洗槽中，通過控制浸泡時間和化學(xué)品溫度完成刻蝕。

英思特科研級濕法刻蝕全自動槽式設(shè)備

優(yōu)點(diǎn)：
晶圓正面與背面可同時刻蝕
生產(chǎn)效率高，適合批量式生產(chǎn)

缺點(diǎn)：
只能通過浸泡時間、化學(xué)品溫度等參數(shù)控制刻蝕速率
無法控制刻蝕方向與實(shí)現(xiàn)單面刻蝕，刻蝕精度較差
設(shè)備占地面積大
化學(xué)品和超純水使用量大


二、單片式濕法刻蝕設(shè)備

英思特單片濕法刻蝕設(shè)備

單片式濕法刻蝕設(shè)備一次只能刻蝕1片晶圓。加工時，刻蝕劑/超純水通過噴嘴噴灑至晶圓表面進(jìn)行刻蝕，設(shè)備通過控制化學(xué)品流量、溫度、制程時間和晶圓旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，精確控制刻蝕效果。

英思特單片濕法刻蝕設(shè)備槽體

優(yōu)點(diǎn)：
制程環(huán)境控制能力強(qiáng)
刻蝕均勻性高于槽式設(shè)備
占地面積小，節(jié)省潔凈室空間
缺點(diǎn)：
一次只能加工1片晶圓
生產(chǎn)效率低于批量式設(shè)備

隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，濕法刻蝕設(shè)備在特定應(yīng)用領(lǐng)域仍保持其獨(dú)特價(jià)值，而設(shè)備制造商也在持續(xù)優(yōu)化技術(shù)，以平衡生產(chǎn)效率與工藝精度之間的關(guān)系。

審核編輯 黃宇