刻蚀工艺是超大规模集成电路（Ultra Large-Scale Integration，ULSI）制造产业中至关重要的技术之一。随着集成电路制造工艺的不断发展，特征尺寸节点的不断缩小，刻蚀工艺对芯片良率的影响占比越来越大。在IC制造中，刻蚀是可以在衬底或者晶圆的表面，通过一定的化学反应，定位的去除全部或部分未经保护的薄膜的工艺，主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀。
刻蚀及刻蚀速率
刻蚀对象
- 刻蚀蚀对象依薄膜种类可分为: 多晶硅（poly）,氧化物（oxide）,金属（metal）薄膜的刻蚀。
- 半导体中一般金属导线材质为：钨线(W)、铝线(Al)、铜线(Cu)。
- 半导体中一般介电质材料为：氧化硅/氮化硅。
刻蚀种类
- 湿法刻蚀剂：利用液相的酸液或溶剂，与薄膜发生化学反应生成溶于溶剂的产物，从而去除薄膜。
- 等离子体（Plasma）：等离子体是物质的第四状态。带有正、负电荷及中性粒子之总和。
- 干法蚀刻：又称为等离子体刻蚀。利用plasma将不要的薄膜去除。
等离子体刻蚀工艺的过程示意图
- Etch-rate(刻蚀速率)：单位时间内可以刻蚀掉的材料的厚度或深度。
- Under-etching(蚀刻不足)：指被蚀刻材料，在被蚀过程中停止造成本应该被去除的薄膜部分残留的现象。
- Over-etching(过蚀刻 )：蚀刻过多造成底层材料薄膜被破坏。
- Seasoning(陈化处理)：蚀刻腔体进行清净或更换零件后进行清洁时，为了要稳定刻蚀工艺，使用仿真（dummy）晶圆进行数次的蚀刻循环。
水分处理
- Wet bench dryer 的作用：去除晶圆表面的水份。
- 目前Wet bench dry方法：Spin Dryer、 Marangoni dry、 IPA Vapor Dry。
- Spin Dryer：利用离心力将晶圆表面的水份去除。
- Maragoni Dryer：利用表面张力将晶圆表面的水份去除。
- IPA Vapor Dryer：利用IPA(异丙醇)和水共溶原理将晶圆表面的水份去除。
- AEI：After Etching Inspection 蚀刻后的检查,包括：(1)正面颜色是否异常、有无刮伤(2) 有无缺角 (3)刻号是否正确。
刻蚀气体
- 刻蚀多晶硅的主要刻蚀气体：Cl2, HBr, HCl。
- 刻蚀Al金属蚀刻的主要刻蚀气体:Cl2, BCl3。
- 刻蚀W金属蚀刻的主要刻蚀气体: SF6。
- 刻蚀氧化物通孔或接触的主要刻蚀气体：C4F8, C5F8, C4F6。
延申材料 -- 什么是等离子体
等离子体被称作物质的第四态（即除了固体、液体、气体之外的第四种物质状态），并且它可以看作是被部分或者全部放电的气体。在这些气体中包含着中性的分子或原子、阴阳离子或离子基团、电子等。总体来说，等离子体保持着电中性（电荷守恒定律）。这样的气体电离率比较低，但可以产生足够大的、寿命足够长的局部电荷。
参考文献
[1] Pure and applied chemistry, 1996, 68(5): 1011-1015.
[2] Plasma etching: fundamentals and applications [M]. OUP Oxford, 1998.
[3] Japanese Journal of Applied Physics, 2008, 47(3R): 1435.
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