刻蚀是什么？刻蚀最简单最常用分类

刻蚀，英文为Etch，它是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻 [1] 相联系的图形化(pattern)处理的一种主要工艺。所谓刻蚀，实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。随着微制造工艺的发展，广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。

刻蚀最简单最常用分类是：干法刻蚀和湿法刻蚀。显而易见，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。其特点是：湿法刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低缺点是：钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征尺寸;会产生大量的化学废液干法刻蚀种类很多，包括光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。按照被刻蚀的材料类型来划分，干法刻蚀主要分成三种：金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀 [2] 。介质刻蚀是用于介质材料的刻蚀，如二氧化硅。干法刻蚀优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。缺点是：成本高，设备复杂。干法刻蚀主要形式有纯化学过程(如屏蔽式，下游式，桶式)，纯物理过程(如离子铣)，物理化学过程，常用的有反应离子刻蚀RIE，离子束辅助自由基刻蚀ICP等 [3] 。干法刻蚀方式很多，一般有：溅射与离子束铣蚀， 等离子刻蚀(Plasma Etching)，高压等离子刻蚀，高密度等离子体(HDP)刻蚀，反应离子刻蚀(RIE)。另外，化学机械抛光CMP，剥离技术等等也可看成是广义刻蚀的一些技术。有图形的光刻胶层在刻蚀中不受到腐蚀源显著的侵蚀，这层掩蔽膜用来在刻蚀中保护硅片上的特殊区域而选择性地刻蚀掉未被光刻胶保护地区域，如图1所示。

湿法刻蚀一般应用在光阻去除、表面处理。湿法刻蚀主要有SC-1、SC-2、KI、NMP+IPA等。

NMP+IPA：用以去除表面光刻胶。NMP为有机溶剂，根据相似相溶原理将光刻胶去除，IPA去除NMP残留以及将晶元表面保持疏水状态。

KI溶液：用作腐蚀表面不需要的金属金。

SC-1：NH4OH + H2O，表面处理

SC-2：HCL+H2O，表面处理

BOE：NH4F：HF：H2O，表面处理或SiO2、SiN的去除。

干法刻蚀根据原理不同分为三类，等离子体刻蚀、离子束刻蚀和反应刻蚀。三者分别对应化学反应、物理反应和物化结合。现在单纯的离子束刻蚀较为少见，一般是等离子体刻蚀和反应刻蚀。

干法刻蚀从刻蚀材料上一般由，光刻胶、SiN、SiC、SiO2等等。根据不同材料所使用气体也不同。

刻蚀是指在掩蔽膜的保护下，将基片表面裸露薄膜或表面物质以物理或化学方法均匀移除的工艺技术。

理想的刻蚀必须具有以下特点：

各向异性刻蚀，即只有垂直刻蚀，没有横向钻蚀;

良好的选择性，即对掩膜和下一层材料的刻蚀速率比待刻蚀薄膜小得多。

容易控制，成本低，对环境污染少，均匀性好，效率高，适用于工业化生产。

湿法刻蚀，化学腐蚀，晶片放在腐蚀液中(或喷淋)，通过化学反应去除窗口薄膜，得到晶片表面的薄膜图形。

湿法刻蚀大致分三步，刻蚀速率一般由最慢步骤决定。反应物扩散到待刻蚀薄膜反应;反应物与待刻蚀薄膜反应;反应物的产物从刻蚀表面扩散到溶液中，并随溶液排出。

干法刻蚀，应用等离子技术的刻蚀方法。

等离子，是具有一定导电能力的气态化合物。它包含电子、离子、以及原子、原子团、分子和它们的激发态，宏观上呈现电中性。

刻蚀气体在反应器中等离子比，与被刻蚀材料反应或溅射，生成物是气态物质，从反应器中被抽出。

干法刻蚀种类：等离子体刻蚀、离子铣、反应离子刻蚀。

刻蚀简单点理解就是光刻腐蚀，是和光刻相关的图形化处理工艺，结合化学、物理、化学物理等方法有选择的去除(光刻胶)开口下方的材料，这些材料包括硅、介质材料、金属材料、光刻胶等。刻蚀也就是把光刻胶等材料当作掩蔽层，采用物理/化学等方法去掉下层材料中没有被上层遮蔽层材料遮蔽的地方，进一步获取到下层材料上与掩膜板图形对应的图形。

刻蚀主要参数：刻蚀速率、均匀性、选择比(对不同材料的刻蚀速率比)、刻蚀坡面(各向异性、各向同性)

刻蚀比较通用的有两种技术，一种是湿法刻蚀，湿法刻蚀各向异性较差，侧壁容易产生横向刻蚀造成刻蚀偏差,通常用于工艺尺寸较大的应用,或用于干法刻蚀后清洗残留物等。另一种是干法刻蚀，它是目前更为流行的刻蚀技术，在干法刻蚀中又以等离子体干法刻蚀为主导。等离子刻蚀产生等离子体方法的不同，使得干法刻蚀继续细分为电容性等离子体刻蚀与电感性等离子体刻蚀;根据被刻蚀材料类型的不同，干法刻蚀主要是刻蚀介质材料(氧化硅、氮化硅、二氧化给、光刻胶等)、硅材料(单晶硅、多晶硅、和硅化物等)和金属材料(铝、钨等)。

应用最广泛的刻蚀设备是 ICP 与 CCP，这两种刻蚀设备涵盖了主要的刻蚀应用。

(1)电容性等离子体刻蚀CCP：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;能量高、精度低，应用于介质材料刻蚀(形成上层线路)——诸如逻辑芯片的栅侧墙、硬掩膜刻蚀、中段的接触孔刻蚀、后端的镶嵌式和铝垫刻蚀等，以及 3D 闪存芯片工艺(氮化硅/氧化硅)的深槽、深孔和连线接触孔的刻蚀等。

(2)电感性等离子体刻蚀ICP：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。能量低、精度高，应用于硅刻蚀和金属刻蚀(形成底层器件)——硅浅槽隔离(STI)、锗(Ge)、多晶硅栅结构、金属栅结构、应变硅(StrainedSi)、金属导线、金属焊垫(Pad)、镶嵌式刻蚀金属硬掩模和多重成像技术中的多道刻蚀工艺技术发展方向是原子层刻蚀(ALE)。

常见工艺上会触碰到“刻蚀”与“蚀刻”，从字面的意思上很难有所区分，但从工艺的角度考虑，这两个之间却在某种程度上有所区别。

刻蚀，所提到的经常是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺，通常狭义的理解便是光刻腐蚀，通过光刻机将光刻胶进行光刻曝光处理，再根据其他方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。而广义的理解上，刻蚀通过溶液、反应离子或其他机械方式来剥离、除去材料的一种统称，与蚀刻在工艺上有着明显的区别。

蚀刻即光化学蚀刻，指通过制版曝光，显影后，将要时刻区域的保护膜去除，在蚀刻时使金属接触化学溶液，使用两个阳性图形通过从两面的化学淹磨达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。化学蚀刻是很有针对性的，是专指受控腐蚀，是金属通过化学方法进行一种可以控制的加工方法。