芯片刻蝕是半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵步驟，用于將設(shè)計圖案從掩膜轉(zhuǎn)移到硅片或其他材料上，形成電路結(jié)構(gòu)。其原理是通過化學(xué)或物理方法去除特定材料（如硅、金屬或介質(zhì)層），以下是芯片刻蝕的基本原理和分類：

1. 刻蝕的基本原理

刻蝕的本質(zhì)是選擇性去除材料，即只去除不需要的部分，保留需要的部分。根據(jù)刻蝕方式的不同，可以分為以下兩類：

（1）濕法刻蝕（Wet Etching）

原理：利用化學(xué)液體（如酸、堿或溶劑）與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶解目標(biāo)材料。

例子：

用氫氟酸（HF）腐蝕二氧化硅（???2SiO2?），形成接觸孔。

用堿性溶液（如KOH）各向異性蝕刻硅，制造斜面或V形槽。

特點：

設(shè)備簡單、成本低。

橫向腐蝕明顯，精度較低，不適合微小圖形。

（2）干法刻蝕（Dry Etching）

原理：通過等離子體或離子束轟擊材料表面，利用物理或化學(xué)作用去除原子。

常見技術(shù)：

反應(yīng)離子刻蝕（RIE）：結(jié)合等離子體和化學(xué)反應(yīng)。

電感耦合等離子體刻蝕（ICP）：高密度等離子體實現(xiàn)高深寬比刻蝕。

深硅刻蝕（DRIE）：用于制造高深寬比的硅結(jié)構(gòu)（如MEMS器件）。

特點：

精度高、各向異性好，適合復(fù)雜圖形和深孔。

設(shè)備昂貴，參數(shù)控制復(fù)雜。

2. 刻蝕的核心機制

無論是濕法還是干法刻蝕，其核心機制包括以下兩種作用：

（1）化學(xué)腐蝕（Chemical Etching）

原理：刻蝕氣體或液體與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性產(chǎn)物（如氣體或可溶物質(zhì)）。

例子：

氟基氣體（如SF?、CF?）與硅反應(yīng)生成SiF?（氣體）。

氫氟酸（HF）與二氧化硅（???2SiO2?）反應(yīng)生成SiF?和水。

特點：依賴化學(xué)反應(yīng)速率，選擇性高但各向異性差。

（2）物理濺射（Physical Sputtering）

原理：通過高能離子轟擊材料表面，物理擊出原子或分子。

例子：氬離子（Ar?）轟擊金屬或介質(zhì)層，去除材料。

特點：各向異性好，但對掩膜層和底層材料損傷較大。

3. 刻蝕的關(guān)鍵參數(shù)

選擇性：只蝕刻目標(biāo)材料，不損傷掩膜層或底層材料。例如，刻蝕二氧化硅時不損傷下方的硅襯底。

各向異性：控制橫向腐蝕，確保垂直方向刻蝕。干法刻蝕各向異性強，濕法刻蝕各向同性明顯。

深寬比：刻蝕深度與寬度的比值，高深寬比能力用于深孔或高密度結(jié)構(gòu)（如TSV、FinFET）。

均勻性：保證晶圓內(nèi)不同位置的刻蝕速率一致，避免圖形尺寸偏差。

4. 刻蝕的典型工藝流程

光刻定義圖案：通過光刻將設(shè)計圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠或硬質(zhì)掩膜上。

刻蝕：根據(jù)掩膜圖案，去除不需要的材料（如硅、金屬或介質(zhì)層）。

去掩膜：移除剩余的光刻膠或硬質(zhì)掩膜，完成圖形化。

5. 刻蝕的應(yīng)用實例

晶體管制造：刻蝕多晶硅柵極、源漏極和溝道區(qū)域。

互連層：在金屬層或介質(zhì)層上開孔（如接觸孔、通孔），實現(xiàn)上下層的電連接。

MEMS器件：通過深硅刻蝕制造懸空結(jié)構(gòu)、腔體或微流體通道。

TSV（穿透硅通孔）：在硅片上蝕刻深孔，用于3D芯片的垂直互連。

審核編輯 黃宇