光刻的两种基本方法介绍

前面我们聊到光刻是将图形转移到覆盖在半导体硅片表面的光刻胶上的过程。这些图形必须再转移到光刻胶下面组成器件的各薄层上，这一工艺过程我们称之为刻蚀，即选择性地刻蚀掉该薄层上未被掩蔽地部分。今天我们就来简单地聊聊光刻的两种基本方法：湿法化学刻蚀和干法刻蚀。

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湿法化学刻蚀
我们先来看下湿法化学腐蚀的示意图：

湿法化学刻蚀的机理主要包括三个阶段：反应物通过扩散到反应物表面，化学反应在表面上进行，然后通过扩散将反应生成物从表面移除。

腐蚀液的搅拌和温度将会影响腐蚀速率，在集成电路工艺中，大多是湿法化学刻蚀是将硅片浸入化学溶剂或向硅片上喷洒刻蚀溶剂。对于浸入式刻蚀，是将硅片进入化学溶剂，通过需求搅拌来保证刻蚀过程以一致或者恒定的速率进行；喷洒式刻蚀通过不断向硅片表面提供新的刻蚀剂来极大地增加刻蚀速率和一致性，喷洒式较浸入式会更好一点。

湿法化学刻蚀较为适用于多晶硅、氧化物、氮化物、金属和Ⅲ-Ⅴ族化合物地表面刻蚀。

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干法刻蚀
湿法化学刻蚀在进行图形转移的最大缺点是掩模下会出现横向钻蚀，导致刻蚀后图形的分辨率下降。为了达到较大规模集成电路的工艺要求的高精度光刻胶抗蚀剂的图形转移，干法刻蚀得到快速发展。

干法刻蚀法包括等离子体刻蚀、反应离子刻蚀、溅射刻蚀、磁增强反应离子刻蚀、反应离子束刻蚀、高密度等离子体刻蚀等。

下面我们针对等离子体刻蚀简单地聊一下。

等离子体是完全或部分电离的气体离子，包括相同数量的正负电荷和不同数量的未电离分子组成。当足够大的电场加于气体并使其击穿和电离时，就产生了等离子体。等离子体由自由电子触发，这些自由电子可以由加负偏压的电极发射或由其他方法产生。自由电子从电场获得动能，在穿过气体的运动过程中与气体分子碰撞而损失能量。在碰撞中转移的能量使得气体分子电离，产生自由电子。这些自由电子又从电场中获得动能，以上过程不断持续。因此当外加电压大于击穿电压后，就能在整个反应腔内形成持续的等离子体。用于干法刻蚀的等离子体的电子浓度比较低，等离子体辅助干法刻蚀是一种低温工艺。

等离子体干法刻蚀的几个基本步骤的示意图如下：

包括：刻蚀反应剂在等离子体中产生；反应剂以扩散的方式通过不流动的气体边界层到达表面；反应剂吸附在表面；随后发生化学反应，也伴随着离子轰击等物理反应，生成了可挥发性化合物；最后，这些化合物从表面解析出来，通过扩散回到等离子体气体中，然后由真空装置抽出。

等离子体刻蚀技术基于低压时在气体中产生的等离子体，常用的两种基本方法是物理方法和化学方法，前者包含溅射刻蚀，后者包含纯粹的化学刻蚀。

干法刻蚀是等离子体辅助刻蚀的代名词，用于高精度的图形转移。目前我国刻蚀工艺以及刻蚀设备相对于光刻而言，已经能够达到世界较为前列的水平。能够达到较高的刻蚀选择性、更好的尺寸控制、低面比例依赖刻蚀和更低的等离子体损伤。