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蝕刻

蝕刻製程會移除晶圓表面的特定區域,以沉積其它材料。

「乾式」(電漿) 蝕刻是用於電路清晰度步驟,而「濕式」蝕刻 (使用化學浴) 主要用於清潔晶圓。 乾式蝕刻是半導體製造中最常用的製程之一。 開始蝕刻前,晶圓上會塗上一層光阻劑或硬罩 (通常是氧化物或氮化物),然後在光刻時將電路圖案曝光在晶圓上。 蝕刻只移除壓印圖案上的材料。 在晶片製程中,圖案化和蝕刻的流程會重複進行多次。

蝕刻製程是指導體蝕刻、介電蝕刻或多晶矽蝕刻,用以指明從晶圓上移除的薄膜類型。例如,當氧化層蝕刻後留下「氧化絕緣體」來區隔元件時會用到介電蝕刻;多晶矽蝕刻是用來建立電晶體內的閘極;採用介電蝕刻來蝕刻金屬導電路徑的導孔洞和溝槽;同時,金屬蝕刻能移除鋁、鎢或銅層,並顯露元件結構逐步墊高層的電路圖形。

電漿蝕刻是將電磁能量 [通常為射頻 (RF)] 運用在含有化學反應成分 (如氟或氯) 的氣體中進行。電漿會釋放帶正電的離子並撞擊晶圓以移除 (蝕刻) 材料,並和活性自由基產生化學反應,與蝕刻的材料交互作用形成揮發性或非揮發性的殘留物。離子電荷會以垂直方向射入晶圓表面。這樣能製造出現今密集封裝晶片設計中微型功能必備的近垂直蝕刻輪廓。一般情況下可提供高蝕刻速率 (在預定時間內去除的材料量)。

製程所用化學物質取決於要蝕刻的薄膜類型。介電蝕刻應用中通常使用含氟的化學物質。矽和金屬蝕刻是使用含氯成分的化學物質。製程中可以在一個或多個薄膜層上執行特定的蝕刻步驟。當製程中要處理多層薄膜時,且當蝕刻製程中必須精確地停在某個特定薄膜層而不對其造成損傷時,蝕刻製程的選擇性變得很重要。選擇性是兩個蝕刻速率的比率:被移除層的速率以及被保護層的速率 (例如蝕刻光罩或終止層)。掩模或停止層)較高選擇性通常是最理想的。

反應離子蝕刻 (RIE,如上述) 目標是要最佳化物理性和化學性蝕刻之間的平衡,使物理性撞擊 (蝕刻率) 強度足以移除必要的材料,而同時適當的化學反應能產生易於排出的揮發性殘留物或在殘留物上形成保護性沉積 (選擇性和輪廓控制)。透過增加離子密度而不增加離子能量 (可能會損及晶圓) 的方式,磁性增強的反應式離子蝕刻有助製程。

最理想的情況下,晶圓所有點的蝕刻速率都一樣 (均勻)。晶圓的不同點產生不同速率的情況稱為非均勻性 (或者稱為微負載),通常以百分比表示。減少非均勻性和微負載是蝕刻的重要目標。

應用材料不斷發展出創新且具成本效益的解決方案,以因應蝕刻隨時面對的挑戰。這些變化可能是因為元件尺寸愈來愈小;所用材料的變更 (例如高介電薄膜);元件架構多樣化 (例如FinFETs 和三維 NAND 電晶體);以及新的封裝方式 (例如矽穿孔 TSV 技術)。