半導體蝕刻
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在半導體器件的制造中，蝕刻是指將選擇性地從襯底上的薄膜中去除材料的技術（在其表面上有或沒有先有結構），并通過這種去除在襯底上形成該材料的圖案。該圖案由耐蝕刻工藝的掩模限定，該掩模的產生在光刻中詳細描述。一旦放置好掩模，就可以通過濕化學或“干”物理方法蝕刻不受掩模保護的材料。圖1顯示了此過程的示意圖。
從歷史上看，直到VLSI和ULSI技術問世之前，濕式化學方法在蝕刻圖案定義中都起著重要作用。但是，隨著器件特征尺寸的減小和表面形貌的日益嚴格，濕法化學蝕刻逐漸取代了干法蝕刻技術。這種變化主要是由于濕法刻蝕的各向同性。如圖2所示，濕法蝕刻會沿所有方向去除材料，這會導致由掩模定義的特征尺寸與在基板上復制的特征尺寸之間存在差異。與較大的特征尺寸相比，VLSI和ULSI設計要求掩模與圖形特征尺寸相關性要精確得多。此外，先進設備中的長寬比（深度與寬度之比）增加了，要達到這些比例，就需要具有使用定向蝕刻技術各向異性地蝕刻材料的能力。圖3提供了有助于理解各向同性與各向異性特征生成和方向蝕刻的示意圖。濕法蝕刻在先進工藝中的最終應用受到了打擊，這可能是因為許多用于設備制造的較新材料沒有可用于蝕刻的易濕化學物質。這些問題相結合，使?jié)穹ㄎg刻技術幾乎只能用于清潔而不是蝕刻應用中。只有具有相對較大特征尺寸的設備（例如某些MEMS結構）才繼續(xù)采用濕法進行蝕刻。在下面詳細討論了表面清潔 各向異性特征生成和定向蝕刻。濕法蝕刻在先進工藝中的最終應用受到了打擊，這可能是因為許多用于設備制造的較新材料沒有可用于蝕刻的易濕化學物質。這些問題相結合，使?jié)穹ㄎg刻技術幾乎只能用于清潔而不是蝕刻應用中。只有具有相對較大特征尺寸的設備（例如某些MEMS結構）才繼續(xù)采用濕法刻蝕。在下面詳細討論了表面清潔 各向異性特征生成和定向蝕刻。濕法蝕刻在先進工藝中的最終應用受到了打擊，這可能是因為許多用于設備制造的較新材料沒有可用于蝕刻的易濕化學物質。這些問題相結合，使?jié)穹ㄎg刻技術幾乎專用于清洗，而不是用于蝕刻應用。只有具有相對較大特征尺寸的設備（例如某些MEMS結構）才繼續(xù)采用濕法刻蝕。在下面詳細討論了表面清潔 在先進工藝中的實用性可能是由于許多用于設備制造的較新材料沒有可用于蝕刻的易濕化學物質。這些問題相結合，使?jié)穹ㄎg刻技術幾乎只能用于清潔而不是蝕刻應用中。只有具有相對較大特征尺寸的設備（例如某些MEMS結構）才繼續(xù)采用濕法刻蝕。在下面詳細討論了表面清潔 在先進工藝中的實用性可能是由于許多用于設備制造的較新材料沒有可用于蝕刻的易濕化學物質。這些問題相結合，使?jié)穹ㄎg刻技術幾乎只能用于清潔而不是蝕刻應用中。只有具有相對較大特征尺寸的設備（例如某些MEMS結構）才繼續(xù)采用濕法刻蝕。在下面詳細討論了表面清潔晶圓表面清潔。
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各向異性蝕刻使用了一系列技術，這些技術被稱為“干式”蝕刻。這些技術普遍用于VLSI和ULSI器件制造中的蝕刻，它們將是本節(jié)中詳細討論的唯一方法。干蝕刻可以通過諸如離子沖擊之類的物理手段去除材料，伴隨著材料從襯底的彈出或通過化學反應將襯底材料轉換成可以被抽走的揮發(fā)性反應產物。干法蝕刻技術包括以下常用方法（蝕刻過程是通過化學蝕刻，物理蝕刻還是括號中所述的組合進行）：
各向同性徑向蝕刻（化學）
反應離子蝕刻（化學/物理）
濺射蝕刻（物理）
離子銑削（物理）
離子束輔助蝕刻（物理）
反應離子束蝕刻（化學/物理）
所有干法蝕刻技術都是在真空條件下進行的，壓力在一定程度上決定了蝕刻現象的性質。
表1取自Wolf和Tauber，顯示了不同蝕刻方法的相對壓力范圍和一般特性。盡管用于蝕刻的設備和工藝特性有許多特定的變化形式，但我們將討論限于對工藝基礎和表1中確定的三種主要蝕刻方法的簡要說明。
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基本流程
有關等離子體刻蝕基礎知識的深入討論可在許多教科書中找到（Wolf和Tauber，Sze），感興趣的讀者可以參考這些資料。在這里，我們僅提供等離子體生成基本原理的最簡單描述。在等離子蝕刻過程中，許多物理現象正在起作用。當使用電極（在直流電或射頻激勵的情況下）或波導（在微波的情況下）在等離子室中產生強電場時，該電場會加速任何可用的自由電子，從而提高其內部能量（存在在任何環(huán)境中都是由宇宙射線等產生的自由電子）。自由電子與氣相中的原子或分子發(fā)生碰撞，如果電子在碰撞中將足夠的能量轉移到原子/分子上，將發(fā)生電離事件，產生一個正離子和另一個自由電子。盡管如此，傳遞不足能量以進行電離的碰撞仍可以傳遞足夠的能量以產生穩(wěn)定但具有反應性的中性物質（即分子自由基）。當向系統(tǒng)提供足夠的能量時，將生成包含自由電子，正離子和反應性中性離子的穩(wěn)定的氣相等離子體。
在等離子體蝕刻工藝中，來自等離子體的原子和分子離子和/或反應性中性離子可用于通過物理或化學途徑或通過采用兩者的機制從襯底去除材料。通過使用強電場將正原子離子（通常是重惰性元素（如氬氣）的離子）向基板加速，可以完成純物理蝕刻（圖4）。這種加速將能量賦予離子，并且當離子撞擊基材表面時，其內部能量會轉移到基材中的原子上。如果傳遞了足夠的能量，則底物原子將被噴射到氣相中，并被真空系統(tǒng)泵出。入射離子在碰撞中被中和，由于它是氣體，因此它解吸到氣相中以重新電離或泵出系統(tǒng)。
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化學蝕刻與物理蝕刻的不同之處在于，它采用了在等離子體內產生的反應性中性物質與基材之間的化學反應?；瘜W蝕刻最常見的類型涉及鹵化物化學，其中氯或氟原子是蝕刻過程中的活性劑。蝕刻工藝的代表性化學方法是使用NF 3進行硅蝕刻。此蝕刻過程中的化學反應順序為：
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NF 3在等離子體中解離以產生高反應性的原子氟自由基。這些自由基與基材中的硅反應，生成四氟化硅SiF 4，它是一種可被抽走的揮發(fā)性氣體。以這種方式，從襯底蝕刻硅。與濕法刻蝕一樣，化學刻蝕是各向同性的，沒有方向性（圖5）。其原因是反應性中性物的粘附系數相對較低，因此大多數與基材表面的碰撞不會導致蝕刻，而是會導致反應性中性物簡單地解吸回到氣相中。這種現象導致被蝕刻的特征內的蝕刻過程不均勻，最終導致蝕刻中的各向同性。
現代設備制造中使用的大多數蝕刻技術都結合了物理和化學蝕刻方面。在反應離子蝕刻等工藝中（RIE），通過對襯底施加偏壓來實現定向蝕刻，從而使來自等離子體的離子種類朝著襯底表面加速。它們在那里與表面和反應性中性物相互作用，產生可被抽走的揮發(fā)性產物（圖6）。RIE中的離子能量遠低于物理蝕刻技術所采用的離子能量，并且離子轟擊效應可忽略不計。離子能量向表面的轉移可通過改善被轟擊表面上反應物的吸附性（進入的離子會在優(yōu)先發(fā)生吸附和反應的情況下產生高能缺陷）以及增強的副產物解吸作用（進入的離子能轉移到表面）來增強方向性。反應產物導致它們從表面解吸）。
