半导体制造设备系列(3)-刻蚀机

刻蚀与光刻、薄膜沉积是半导体制造中的三大步骤，并且不断循环进行，以制造出更为精细的电路结构。前面讲到我国在先进制程光刻机领域暂时难以改变现状，而刻蚀机有望成为三大半导体设备中实现国产化的先锋。

一、刻蚀机的原理：

刻蚀是利用化学或者物理的方法将晶圆表面附着的不必要的材质进行去除的过程。刻蚀工艺顺序位于镀膜、涂胶、光刻、显影之后，利用刻蚀步骤，对暴露在外的薄膜材质进行去除，留下晶圆所需要的部分，后续再进行去除多余的光刻胶。多次重复上述步骤，得到构造复杂的集成电路。

图1. 刻蚀在半导体工艺中的作用

二、刻蚀机的分类：

按照刻蚀材料划分，可分为介质刻蚀与导体刻蚀。介质刻蚀的主要对象是氧化硅、氮化硅、二氧化铪等介质材料，而导体刻蚀包括硅材料（单晶硅、多晶硅、和硅化物等）和金属材料（铝、钨等）。

按照刻蚀原理，刻蚀分为干法刻蚀以及湿法刻蚀。干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀，湿法刻蚀工艺主要是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀。干法刻蚀的最大优势在于能够实现各向异性刻蚀，即刻蚀时可控制仅垂直方向的材料被刻蚀，而不影响横向材料，从而保证细小图形转移后的保真性。湿法刻蚀由于刻蚀方向的不可控性，导致其在高制程很容易降低线宽宽度，甚至破坏线路本身设计，导致生产芯片品质变差。

图2. 各向同性和各向异性刻蚀

目前来看，干法刻蚀在半导体刻蚀中占据绝对主流地位，市场占比达到95％。干法刻蚀主要是利用等离子体增强的气态刻蚀，利用等离子体放电产生的带化学活性的粒子，在离子的轰击下，与表面的材料发生化学反应，产生可挥发的气体，从而在表面的材料上加工出微观结构。根据产生等离子体方法的不同，干法刻蚀主要分为电容性等离子体刻蚀（Capacitively Coupled Plasma）和电感性等离子体刻蚀（Inductive Coupled Plasma）。电容性等离子体刻蚀主要是以高能离子在较硬的介质材料上，刻蚀高深宽比的深孔、深沟等微观结构；而电感性等离子体刻蚀主要是以较低的离子能量和极均匀的离子浓度刻蚀较软的和较薄的材料。

图3. CCP与ICP

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