刻蚀工艺

图形转移 = 光刻 + 刻蚀
两大关键问题：

  • 选择性
    $$ S = \frac{r_1}{r_2}$$
    $r_1$:待刻材料的刻蚀速率
    $r_2$:掩膜或下层材料的刻蚀速率
  • 方向性：各向同性/各向异性
    $$A = 1-\frac{r_{lat}}{r_{vert}}$$
    $r_{lat}$:横向刻蚀速率。
    $r_{vert}$:纵向刻蚀速率。

刻蚀的性能参数

刻蚀速率R 单位时间刻蚀的薄膜厚度。对产率有较大影响
刻蚀均匀性 一个硅片或多个硅片或多批硅片上刻蚀速率的变化
选择性S 不同材料之间刻蚀速率比
各项异性度 刻蚀的方向性：A=0，各向同性；A=1，各向异性
掩膜层下刻蚀 横向单边的过腐蚀量

方向性：

刻蚀要求

  1. 得到想要的形状
  2. 过腐蚀最小（一般要求过腐蚀10%，以保证整片刻蚀完全）
  3. 选择性好
  4. 均匀性和重复性好
  5. 表面损伤小
  6. 清洁、经济、安全

两类刻蚀方法：

  • 湿法刻蚀——化学溶液中进行反应刻蚀，选择性好
  • 干法刻蚀——气相化学腐蚀（选择性好）或物理腐蚀（方向性好），或二者兼而有之。

刻蚀过程包括三个步骤：

  • 反应物质量输运到要被刻蚀的表面
  • 在反应物和要被刻蚀的膜表面之间的反应
  • 在反应物表面向外扩散的过程

湿法刻蚀

反应物必须溶于水或是气相

湿法刻蚀的缺点

在大规模集成电路制造中，湿法腐蚀正被干法刻蚀所替代：
（1）湿法刻蚀是各向同性，干法可以是各向异性。
（2）干法腐蚀能达到高的分辨率，湿法腐蚀较差。
（3）湿法腐蚀需大量的化学试剂去冲洗腐蚀剂剩余物，不经济

干法刻蚀

  • 化学刻蚀（各向同性，选择性好）——等离子体激活的化学反应（等离子体刻蚀）
  • 物理刻蚀（各向异性，选择性差）——高能离子的轰击（溅射刻蚀）
  • 离子增强刻蚀（各向异性，选择性较好）——反应离子刻蚀