在芯片制造中,有三个核心的环节,分别是薄膜沉积、光刻、和刻蚀。
其中,光刻是最复杂、最关键、成本高、耗时高的环节;刻蚀的成本仅次于光刻,重要性也在不断上升;而薄膜沉积也是必不可少的重要工序,在制造中,为了实现大型集成电路的分层结构,需要反复进行沉积-刻蚀-沉积的过程。
从下面的图也可以看出刻蚀在芯片制造中的重要地位。
刻蚀总体可分两种技术方案:湿法刻蚀和干法刻蚀。
所谓湿法刻蚀,很容易理解,就是用液体的化学试剂去腐蚀、消解晶圆表面我们需要去除的纹理图案。
干法刻蚀,很显然,用的就不是化学试剂之类的液体了,它采用的一般是能量束,如离子束、电子束、激光束等等。
而目前用的最多的,是离子束,准确说是等离子体,将等离子体打到晶圆表面,与晶圆产生化学反应或物理反应(或者化学和物理两种反应),达到刻蚀的目的。
目前刻蚀机领域,采用的主流方案都是干法刻蚀,占比至少90%。
这主要是因为湿法刻蚀存在一些缺陷。
首先,湿法刻蚀因为需要大量对人体和环境有害的腐蚀性化学试剂,所以在大规模集成电路制造中,正逐渐被淘汰。
其次,湿法刻蚀存在一个各向同性的问题,意思就是说,因为湿法刻蚀采用的是化学试剂,是液体,所以在进行化学反应的时候,方向性不太好控制,在蚀刻的时候,可能会把图案底部周边的部分也反应掉,甚至掏空,这不是人们想看到的。
因为这个问题,湿法刻蚀在次微米级(小于1μm)的半导体中就很难用得上了,得采用干法刻蚀。
干法刻蚀的精准度高,并且没有污染物残留,总之就是更先进。