刻蝕工藝簡介

刻蝕是移除晶圓表面材料，達到IC設計要求的一種工藝過程。刻蝕有兩種:一種為圖形 化刻蝕，這種刻蝕能將指定區域的材料去除，如將光刻膠或光刻版上的圖形轉移到襯底薄膜 上;另一種是整面全區刻蝕，即去除整個表面薄膜達到所需的工藝要求。本章將討論這兩種刻 蝕技術，并強調圖形化的刻蝕過程。

下圖顯示了一個MOSFET柵圖形化刻蝕的工藝流程。首先是如下圖（a）所示的光刻工藝，即將柵光刻版上的圖形顯示到晶圓表面多晶硅薄膜的光刻膠上;然后利用刻蝕工藝將圖形轉移到光刻膠下面的多晶硅上，如下圖（b）所示;最后利用 濕法、干法或兩種技術的結合將光刻膠去除以完成柵的圖形化，如下圖（c）所示。

光刻技術和濕法刻蝕在印刷工業已經使用，也可用做印刷電路板。半導體產業在20世紀50年代開始釆用這兩種技術制作晶體管和集成電路。通過光刻工藝將光刻版的圖形轉移到晶圓表面的光刻膠上后，再經過刻蝕或離子注入透過光刻膠上的圖形就可將器件或電路轉移到晶圓上。下圖顯示了IC制造中的圖形化刻蝕工藝。

20世紀80年代前主要使用濕法刻蝕，利用化學溶液將未被光刻膠覆蓋的材料溶解達到移轉圖形的目的。80年代之后，當最小圖形尺寸縮小到3um以下時，濕法刻蝕就逐漸被干法（等離子體刻蝕）取代。這是由于濕法刻蝕為等向性刻蝕輪廓，會造成光刻膠的底切效應及關鍵尺寸（CD）損失（見下圖）。

先進半導體制造中，幾乎所有的圖形化刻蝕都利用等離子體刻蝕技術，然而薄膜剝除和薄膜質量控制仍使用濕法刻蝕。下圖所示為CMOSIC芯片的鋁金屬化工藝，說明了一些刻蝕工藝的位置。

IC芯片工藝過程包含許多刻蝕過程，如圖形化和整面全區刻蝕;單晶硅刻蝕用于形成淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation,STI)；多晶硅刻蝕用于界定柵和局部連線。氧化物刻蝕界定接觸窗和金屬層間接觸窗孔;金屬刻蝕形成金屬連線。同時也有整面全區刻蝕，氧化層CMP停止在氮化硅層后的氮化硅剝除工藝(沒有顯示在下圖工藝中)；電介質的非等向性回刻蝕形成側壁空間層;鈦金屬硅化合物形成合金之后的鈦剝除(沒有包括在下圖中)。

下圖顯示了一種先進CMOSIC的截面圖，其中包括選擇性外延源/漏極、高k最后柵和金屬柵(HKMG)、銅/低k互連。先進CMOSIC需要等離子體刻蝕單晶硅形成STI,濕法刻蝕單晶硅形成選擇性外延源/漏極。干法刻蝕被用于形成多晶硅虛柵，濕法刻蝕被用于去除多晶硅 虛柵為HKMG提供空間。使用銅/低k連線的先進CMOSIC用的是電介質溝槽刻蝕工藝，而不是金屬刻蝕工藝。

本章包含刻蝕的基礎原理:濕法和干法刻蝕、化學刻蝕、物理刻蝕和反應式離子刻蝕及硅、多晶硅、電介質和金屬刻蝕工藝。最后討論刻蝕工藝的發展趨勢。

審核編輯：劉清