在半導體器件制造中，蝕刻指的是從襯底上的薄膜選擇性去除材料并通過這種去除在襯底上產(chǎn)生該材料的圖案的任何技術(shù)，該圖案由抗蝕刻工藝的掩模限定，其產(chǎn)生在光刻中有詳細描述，一旦掩模就位，可以通過濕法化學或“干法”物理方法對不受掩模保護的材料進行蝕刻，圖1顯示了這一過程的示意圖。

直到VLSI和ULSI技術(shù)的出現(xiàn)，濕化學方法在用于圖案定義的蝕刻中發(fā)揮了重要作用，然而，隨著器件特征尺寸的減小和表面形貌變得更加重要，濕法化學蝕刻讓位給了干法蝕刻技術(shù)，這種轉(zhuǎn)變主要是由于濕法蝕刻的各向同性性質(zhì)，如圖2所示，濕法蝕刻在所有方向上產(chǎn)生材料去除，這導致由掩模限定的特征尺寸和在襯底上復制的特征尺寸之間的差異，VLSI和ULSI設(shè)計要求比更大特征尺寸所需的更精確的掩模到圖案特征尺寸的相關(guān)性。此外，先進器件中的縱橫比增加，實現(xiàn)這些比率需要使用定向蝕刻技術(shù)各向異性地蝕刻材料的能力。

圖3提供了幫助理解各向同性和各向異性特征生成和定向蝕刻的示意圖。對濕法蝕刻在先進工藝中的實用性的最后一擊可能是這樣一個事實，即許多用于器件制造的新材料不具有可用于蝕刻的濕化學物質(zhì)，這些問題結(jié)合起來使得濕法蝕刻技術(shù)幾乎完全用于清洗，而不是蝕刻應(yīng)用，只有具有相對較大特征尺寸的器件(例如一些MEMS結(jié)構(gòu))才繼續(xù)采用濕法蝕刻。

各向異性蝕刻使用一套技術(shù)，統(tǒng)稱為“干法”蝕刻，這些技術(shù)普遍用于超大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路器件制造中的蝕刻，它們將是本節(jié)詳細討論的唯一方法。干法蝕刻可以通過物理手段去除材料，例如伴隨著材料從襯底噴射的離子碰撞，或者通過將襯底材料轉(zhuǎn)化為可以被抽走的揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)物的化學反應(yīng)。

在等離子蝕刻過程中，許多物理現(xiàn)象在起作用，當使用電極(在DC電勢或RF激勵的情況下)或波導(在微波的情況下)在等離子體室中產(chǎn)生強電場時，該電場加速任何可用的自由電子，提高它們的內(nèi)能，自由電子與氣相中的原子或分子碰撞，如果電子在碰撞中將足夠的能量傳遞給原子/分子，將發(fā)生電離事件，產(chǎn)生正離子和另一個自由電子。傳遞不足以電離的能量的碰撞仍然可以傳遞足夠的能量來產(chǎn)生穩(wěn)定但反應(yīng)性的中性物質(zhì)，當足夠的能量供給系統(tǒng)時，產(chǎn)生包含自由電子、正離子和活性中性粒子的穩(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(yīng)性中性物可用于通過物理或化學途徑，或通過兩者并用的機制，從襯底上去除材料。純物理蝕刻是通過使用強電場加速正原子離子(通常是重惰性元素如氬的離子)向襯底移動來完成的，這種加速將能量傳遞給離子，并且當它們撞擊襯底表面時，它們的內(nèi)部能量被傳遞給襯底中的原子，如果轉(zhuǎn)移了足夠的能量，基質(zhì)原子將被噴射到氣相中，被真空系統(tǒng)抽走，入射離子在碰撞中被中和，并且因為它是氣體，所以它解吸到氣相中以被再電離或被泵出系統(tǒng)。

化學蝕刻與物理蝕刻的不同之處在于，它利用了在等離子體和襯底材料中產(chǎn)生的活性中性物質(zhì)之間的化學反應(yīng)。最常見的化學蝕刻涉及鹵化物化學，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是使用NF3進行硅蝕刻。

化學蝕刻和濕法蝕刻一樣，是一個各向同性的過程，沒有方向性，其原因是反應(yīng)性中性粒子的粘附系數(shù)相對較低，因此與襯底表面的大多數(shù)碰撞不會導致蝕刻，而是反應(yīng)性中性粒子簡單地解吸回到氣相中，這種現(xiàn)象導致被蝕刻的特征內(nèi)的蝕刻過程變得均勻，并最終在蝕刻中具有各向同性的特征。

　　審核編輯：湯梓紅