在上一篇文章，我們介紹了光刻工藝，即利用光罩(掩膜)把設計好的電路圖形繪制在涂覆了光刻膠的晶圓表面上。下一步，將在晶圓上進行刻蝕工藝，以去除不必要的材料，只保留所需的圖形。

刻蝕：本身就是一門藝術

大家在學生時代的美術課上創作過的“版畫”是一種通過在木材、金屬或石材的表面上繪制形狀，然后涂上墨水或顏料印在紙或布上的繪畫形式。半導體的刻蝕工藝與這種版畫的制版技術有著相似的原理。

版畫制版時，將防腐材料涂在金屬板上，然后用鋒利的工具雕刻所需的設計圖形。然后將板浸入硝酸等腐蝕性材料中，并控制腐蝕程度以形成圖形。

特意找了木刻版畫的視頻，大家可以感受一下。

木刻版畫過程

同理，半導體制造中的刻蝕工藝使用液體或氣體刻蝕劑選擇性地去除不必要的材料，直到所需的電路圖形留在晶圓表面上。

沒有光刻膠的區域的材料通過刻蝕劑去除，以在晶圓上形成電路圖形。刻蝕過程完成后，光刻膠被移除。這些步驟需要在不同的層上多次重復。

刻蝕過程

根據刻蝕過程中使用的材料，干法刻蝕刻蝕分為和?濕法刻蝕?。干法刻蝕使用反應性氣體和離子選擇性地去除不必要的材料，而濕法刻蝕使用化學溶液。

與濕法刻蝕技術相比，干法刻蝕的成本更高，也更復雜。然而，隨著納米級最新先進的半導體技術，電路越來越精細復雜。因此，干法刻蝕的應用更為廣泛，yield(可以理解為成品率)更高。

干法刻蝕：去除不必要的部分

那么干法刻蝕如何去除不必要的基板材料呢？

干法刻蝕也稱為等離子刻蝕。等離子體是通過將氣體注入壓力低于氣壓的真空室，然后通過提供電能來產生的。等離子體是一種物質狀態(類似固體，液體和氣體)，由大量自由電子、離子和中子或電離氣體形式的分子組成。當物質被電離時，這意味著中子或分子通過失去或獲得電子改變了其電荷狀態。

等離子體的產生過程

當將電能產生的足夠強的磁場施加到氣體上以使氣體分子碰撞并電離時，就會產生等離子體。換句話說，自由電子被磁場加速，隨后的高能電子與中子或分子碰撞并電離它們。

這種電離的連鎖反應，稱為雪崩效應，導致離子數量呈指數級增加。這就是所謂的“等離子體狀態”。從這種等離子體狀態解離的自由基原子揮發并遠離晶圓表面，從而剝離以前未用光刻膠涂層保護的表面材料。

在干法刻蝕過程中有幾點需要注意。

一，均勻性。均勻性顯示了整個晶圓表面刻蝕速度的一致性。如果刻蝕速度在晶圓的不同區域不一致，則刻蝕深度將不同，這可能會導致芯片故障。

二，刻蝕率。這是指在給定時間內去除的表面材料的數量。刻蝕速率可以根據反應原子和離子的數量以及離子攜帶的導致表面反應發生的能量而有所不同。也就是說，我們需要嚴格控制這些因素以提高整體Yield。

此外，選擇比(被刻蝕的目標材料的刻蝕速率與其他材料的刻蝕速率之比)和刻蝕剖面也被認為是干法刻蝕的重要因素。

現在您對構建半導體電路圖形的刻蝕工藝有了更多的了解。半導體是集成電路技術的縮影，它是通過在硅襯底上重復施加所需材料的薄膜、施加保護層和選擇性刻蝕不必要部分的過程來制造的。整個過程在安全設計的儀器中進行。

接下來的文章，我們將介紹沉積和離子注入工藝，晶圓通過這些工藝獲得電性能。

審核編輯：湯梓紅