聊完光刻、摻雜，今天我們來簡單聊聊半導體工藝中的另一項工藝技術——刻蝕。
前面我們聊到光刻是將圖形轉移到覆蓋在半導體矽片表面的光刻膠上的過程。這些圖形必須再轉移到光刻膠下面組成器件的各薄層上，這一工藝過程我們稱之為刻蝕，即選擇性地刻蝕掉該薄層上未被掩蔽的部分。今天我們就來簡單地聊聊光刻的兩種基本方法：溼法化學刻蝕和幹法刻蝕。
1、溼法化學刻蝕
我們先來看下溼法化學腐蝕的示意圖：
溼法化學刻蝕的機理主要包括三個階段：反應物通過擴散到反應物表面，化學反應在表面上進行，然後通過擴散將反應生成物從表面移除。
腐蝕液的攪拌和溫度將會影響腐蝕速率，在集成電路工藝中，大多是溼法化學刻蝕是將矽片浸入化學溶劑或向矽片上噴灑刻蝕溶劑。對於浸入式刻蝕，是將矽片進入化學溶劑，通過需求攪拌來保證刻蝕過程以一致或者恆定的速率進行；噴灑式刻蝕通過不斷向矽片表面提供新的刻蝕劑來極大地增加刻蝕速率和一致性，噴灑式較浸入式會更好一點。
溼法化學刻蝕較為適用於多晶矽、氧化物、氮化物、金屬和Ⅲ-Ⅴ族化合物地表面刻蝕。
2、幹法刻蝕
溼法化學刻蝕在進行圖形轉移的最大缺點是掩模下會出現橫向鑽蝕，導致刻蝕後圖形的解析度下降。為了達到較大規模集成電路的工藝要求的高精度光刻膠抗蝕劑的圖形轉移，幹法刻蝕得到快速發展。
幹法刻蝕法包括等離子體刻蝕、反應離子刻蝕、濺射刻蝕、磁增強反應離子刻蝕、反應離子束刻蝕、高密度等離子體刻蝕等。
下面我們針對等離子體刻蝕簡單地聊一下。
等離子體是完全或部分電離的氣體離子，包括相同數量的正負電荷和不同數量的未電離分子組成。當足夠大的電場加於氣體並使其擊穿和電離時，就產生了等離子體。等離子體由自由電子觸發，這些自由電子可以由加負偏壓的電極發射或由其他方法產生。自由電子從電場獲得動能，在穿過氣體的運動過程中與氣體分子碰撞而損失能量。在碰撞中轉移的能量使得氣體分子電離，產生自由電子。這些自由電子又從電場中獲得動能，以上過程不斷持續。因此當外加電壓大於擊穿電壓後，就能在整個反應腔內形成持續的等離子體。用於幹法刻蝕的等離子體的電子濃度比較低，等離子體輔助幹法刻蝕是一種低溫工藝。
等離子體幹法刻蝕的幾個基本步驟的示意圖如下：
包括：刻蝕反應劑在等離子體中產生；反應劑以擴散的方式通過不流動的氣體邊界層到達表面；反應劑吸附在表面；隨後發生化學反應，也伴隨著離子轟擊等物理反應，生成了可揮發性化合物；最後，這些化合物從表面解析出來，通過擴散回到等離子體氣體中，然後由真空裝置抽出。
等離子體刻蝕技術基於低壓時在氣體中產生的等離子體，常用的兩種基本方法是物理方法和化學方法，前者包含濺射刻蝕，後者包含純粹的化學刻蝕。
幹法刻蝕是等離子體輔助刻蝕的代名詞，用於高精度的圖形轉移。目前我國刻蝕工藝以及刻蝕設備相對於光刻而言，已經能夠達到世界較為前列的水平。能夠達到較高的刻蝕選擇性、更好的尺寸控制、低面比例依賴刻蝕和更低的等離子體損傷。
來源：功率半導體那些事兒
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