在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，深硅刻蝕是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它涉及到使用化學(xué)或物理方法在硅片上制造出高精度的微結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于制造高性能的微電子器件至關(guān)重要，比如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和集成電路(IC)。隨著科技的不斷進(jìn)步，深硅刻蝕技術(shù)也在不斷發(fā)展，以滿足更高性能和更小尺寸的需求。
刻蝕工藝的特性
“刻蝕”工藝具有很多重要的特性。所以，在了解具體工藝之前，有必要先梳理一下刻蝕工藝的重要術(shù)語(yǔ)
第一個(gè)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)就是“選擇比”，該參數(shù)用于衡量是否只刻蝕了想刻蝕的部分。在反應(yīng)過(guò)程中，一部分光刻膠也會(huì)被刻蝕，因此在實(shí)際的刻蝕工藝中，不可能100%只刻蝕到想移除的部分。一個(gè)高選擇比的刻蝕工藝，便是只刻蝕了該刻去的部分，并盡可能少地刻蝕到不應(yīng)該刻蝕材料的工藝。
第二個(gè)關(guān)鍵詞，就是“方向的選擇性”。顧名思義，方向的選擇性是指刻蝕的方向。該性質(zhì)可分為等向性(Isotropic)和非等向性(Anisotropic)刻蝕兩種：等向性刻蝕沒(méi)有方向選擇性, 除縱向反應(yīng)外，橫向反應(yīng)亦同時(shí)發(fā)生;非等向性刻蝕則是借助具有方向性的離子撞擊來(lái)進(jìn)行特定方向的刻蝕，形成垂直的輪廓。試想一個(gè)包裹糖果的包裝袋漏了一道口子，如果把整塊糖連包裝袋一起放入水中，一段時(shí)間后，糖果就會(huì)被溶解。可如果只向破口處照射激光，糖果就會(huì)被燒穿，形成一個(gè)洞，而不是整塊糖果被燒沒(méi)。前一現(xiàn)象就好比等向性刻蝕，而后一現(xiàn)象就如同非等向性刻蝕。
第三個(gè)關(guān)鍵詞，就是表明刻蝕快慢的“刻蝕速率(Etching Rate)”。如果其他參數(shù)不變，當(dāng)然速率越快越好，但一般沒(méi)有又快又準(zhǔn)的完美選擇。在工藝研發(fā)過(guò)程中，往往需要在準(zhǔn)確度等參數(shù)與速率間權(quán)衡。比如，為提高刻蝕的非等向性，需降低刻蝕氣體的壓力，但降壓就意味著能夠參與反應(yīng)的氣體量變少，這自然就會(huì)帶來(lái)刻蝕速率的放緩。
最后一個(gè)關(guān)鍵詞就是“均勻性”。均勻性是衡量刻蝕工藝在整片晶圓上刻蝕能力的參數(shù)，反映刻蝕的不均勻程度?？涛g與曝光不同，它需要將整張晶圓裸露在刻蝕氣體中。該工藝在施加反應(yīng)氣體后去除副產(chǎn)物，需不斷循環(huán)物質(zhì)，因此很難做到整張晶圓的每個(gè)角落都是一模一樣。這就使晶圓不同部位出現(xiàn)了不同的刻蝕速率。
刻蝕的種類(lèi)：濕刻蝕(Wet Etching)與干刻蝕(Dry Etching)
刻蝕也像氧化工藝一樣，分為濕刻蝕(Wet Etching)和干刻蝕(Dry Etching)。還記得上一篇我們說(shuō)到，取名“濕法”氧化的原因是因?yàn)椴捎昧怂魵馀c晶圓反應(yīng)，而刻蝕中的“濕”則意味著將晶圓“浸入液體后撈出”。濕刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是刻蝕速率相當(dāng)快，且只采用化學(xué)方法，所以“選擇比”較高。但其問(wèn)題是只能進(jìn)行等向性(Isotropic)刻蝕。如果把晶圓浸入液體中，液體就會(huì)自由流動(dòng)與材料發(fā)生反應(yīng)，光刻膠背面的受保護(hù)部分也會(huì)與液體發(fā)生反應(yīng)，被快速溶解腐蝕，準(zhǔn)確度較差。而且，如果光刻膠破口很小，液體刻蝕劑將受自身表面張力影響，無(wú)法穿過(guò)破口。用光刻機(jī)繪制了微細(xì)的圖形后，若不能照?qǐng)D形制成電路，也只是徒勞。因此，如今在制作半導(dǎo)體核心層時(shí)，一般不采用濕刻蝕的方法。
刻蝕則泛指采用氣體進(jìn)行刻蝕的所有工藝，即在晶圓上疊加光刻膠“模具”后，將其裸露于刻蝕氣體中的工藝。干刻蝕可分為等離子刻蝕、濺射刻蝕和反應(yīng)性離子刻蝕(RIE, Reactive Ion Etching)。與濕刻蝕不同，這些干刻蝕工藝采用各種不同的方式來(lái)刻蝕材料，所以，可以一目了然地說(shuō)明非等向性和等向性刻蝕的特點(diǎn)。例如，采用化學(xué)反應(yīng)的干刻蝕為等向性刻蝕，采用物理反應(yīng)的刻蝕則為非等向性刻蝕。最近，隨著RIE(非等向性高、刻蝕速率高的一種干刻蝕方法)成為主流，干刻蝕具有非等向性的認(rèn)識(shí)已成了一種共識(shí)
總結(jié)
深硅刻蝕技術(shù)是半導(dǎo)體制造中不可或缺的一部分，它的發(fā)展對(duì)于推動(dòng)電子器件的小型化和性能提升至關(guān)重要。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們期待深硅刻蝕技術(shù)能夠解決更多的挑戰(zhàn)，為未來(lái)的電子器件制造帶來(lái)更多的可能性。
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