(1)什么是干法刻蚀?
一句话来讲,利用化学气体、等离子体对材料进行刻蚀的方法就是干法刻蚀。如果你有兴趣的话,这里值得注意的一点是,其实干法刻蚀中所涉及的等离子体浓度其实是很低的,通常是不高于1/10000这个量级的。
(2)干法刻蚀和湿法刻蚀的异同
相同点:在笔者看来,干法刻蚀和湿法刻蚀本质上都是为了实现材料去除的效果,而且二者很大程度上都依赖于“反应”;
不同点:与湿法刻蚀不同,干法刻蚀除了依靠“反应”实现材料去除的化学刻蚀过程,还有可以靠物理轰击(比如Ar)实现材料去除的物理刻蚀,同时得益于我们对电磁场的了解,干法刻蚀的可控性通常更好一些。
(3)干法刻蚀的历史发展 正如上边所提及的,干法刻蚀的可控性要比湿法刻蚀更好一些,而这也正是干法刻蚀被发展出来的一大原因!简单来讲,在上世纪60年代,随着半导体工艺发展进步,湿法刻蚀开始暴露出刻蚀精度不足、刻蚀速率低以及会造成表面污染等问题,在这样的背景下,干法刻蚀逐步被发展起来,最先探索干法刻蚀在半导体领域应用的是美国Bell实验室和日本的NEC公司等。起初,干法刻蚀是被用在像去胶(去除光刻胶)这样相对简单的半导体工艺当中的,后来又慢慢拓展到了对导体和介质材料刻蚀;
1974年,第一台干法刻蚀设备由美国的Plasma-Therm公司开发并投入市场,标志着干法刻蚀进入商业化阶段。随着集成电路尺寸的不断减小,干法刻蚀技术在集成电路的生产中得到了广泛应用。
到1980年代,反应性离子刻蚀(RIE)技术出现,使得干法刻蚀的方向性和精度大幅提高。此时,干法刻蚀不仅能够高效地加工材料表面,还能在非常精细的尺度上进行刻蚀,这推动了半导体工艺的微型化发展。同时,干法刻蚀设备的自动化、精确控制能力和多样化功能也得到了显著提升,进一步推动了半导体产业的技术进步。 再后边的故事,我们就相对熟悉了,ICP、CCP、TSV等刻蚀设备越做越好,成为半导体工艺制程中不可或缺的一环。 (4)典型的干法刻蚀过程 典型的干法刻蚀的过程通常包括气体激发与等离子体形成、粒子轰击与材料反应、刻蚀气体与产物去除,以下分别对上述过程进行简单的介绍。 (1)气体激发与等离子体形成:将刻蚀气体引入反应腔中,刻蚀气体在高频电压(RF电源)的作用下激发形成等离子体。 (2)粒子轰击与材料反应:等离子体中的离子和自由基与材料表面撞击、反应,将被刻蚀材料表面的原子或分子从材料中分离出来。 (3)刻蚀气体与产物去除:多余的刻蚀气体以及反应产物被抽离反应腔室排出。
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