光刻的兩種基本方法介紹

前面我們聊到光刻是將圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體硅片表面的光刻膠上的過程。這些圖形必須再轉(zhuǎn)移到光刻膠下面組成器件的各薄層上，這一工藝過程我們稱之為刻蝕，即選擇性地刻蝕掉該薄層上未被掩蔽地部分。今天我們就來簡(jiǎn)單地聊聊光刻的兩種基本方法：濕法化學(xué)刻蝕和干法刻蝕。

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濕法化學(xué)刻蝕
我們先來看下濕法化學(xué)腐蝕的示意圖：

濕法化學(xué)刻蝕的機(jī)理主要包括三個(gè)階段：反應(yīng)物通過擴(kuò)散到反應(yīng)物表面，化學(xué)反應(yīng)在表面上進(jìn)行，然后通過擴(kuò)散將反應(yīng)生成物從表面移除。

腐蝕液的攪拌和溫度將會(huì)影響腐蝕速率，在集成電路工藝中，大多是濕法化學(xué)刻蝕是將硅片浸入化學(xué)溶劑或向硅片上噴灑刻蝕溶劑。對(duì)于浸入式刻蝕，是將硅片進(jìn)入化學(xué)溶劑，通過需求攪拌來保證刻蝕過程以一致或者恒定的速率進(jìn)行；噴灑式刻蝕通過不斷向硅片表面提供新的刻蝕劑來極大地增加刻蝕速率和一致性，噴灑式較浸入式會(huì)更好一點(diǎn)。

濕法化學(xué)刻蝕較為適用于多晶硅、氧化物、氮化物、金屬和Ⅲ-Ⅴ族化合物地表面刻蝕。

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干法刻蝕
濕法化學(xué)刻蝕在進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移的最大缺點(diǎn)是掩模下會(huì)出現(xiàn)橫向鉆蝕，導(dǎo)致刻蝕后圖形的分辨率下降。為了達(dá)到較大規(guī)模集成電路的工藝要求的高精度光刻膠抗蝕劑的圖形轉(zhuǎn)移，干法刻蝕得到快速發(fā)展。

干法刻蝕法包括等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、濺射刻蝕、磁增強(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕、反應(yīng)離子束刻蝕、高密度等離子體刻蝕等。

下面我們針對(duì)等離子體刻蝕簡(jiǎn)單地聊一下。

等離子體是完全或部分電離的氣體離子，包括相同數(shù)量的正負(fù)電荷和不同數(shù)量的未電離分子組成。當(dāng)足夠大的電場(chǎng)加于氣體并使其擊穿和電離時(shí)，就產(chǎn)生了等離子體。等離子體由自由電子觸發(fā)，這些自由電子可以由加負(fù)偏壓的電極發(fā)射或由其他方法產(chǎn)生。自由電子從電場(chǎng)獲得動(dòng)能，在穿過氣體的運(yùn)動(dòng)過程中與氣體分子碰撞而損失能量。在碰撞中轉(zhuǎn)移的能量使得氣體分子電離，產(chǎn)生自由電子。這些自由電子又從電場(chǎng)中獲得動(dòng)能，以上過程不斷持續(xù)。因此當(dāng)外加電壓大于擊穿電壓后，就能在整個(gè)反應(yīng)腔內(nèi)形成持續(xù)的等離子體。用于干法刻蝕的等離子體的電子濃度比較低，等離子體輔助干法刻蝕是一種低溫工藝。

等離子體干法刻蝕的幾個(gè)基本步驟的示意圖如下：

包括：刻蝕反應(yīng)劑在等離子體中產(chǎn)生；反應(yīng)劑以擴(kuò)散的方式通過不流動(dòng)的氣體邊界層到達(dá)表面；反應(yīng)劑吸附在表面；隨后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也伴隨著離子轟擊等物理反應(yīng)，生成了可揮發(fā)性化合物；最后，這些化合物從表面解析出來，通過擴(kuò)散回到等離子體氣體中，然后由真空裝置抽出。

等離子體刻蝕技術(shù)基于低壓時(shí)在氣體中產(chǎn)生的等離子體，常用的兩種基本方法是物理方法和化學(xué)方法，前者包含濺射刻蝕，后者包含純粹的化學(xué)刻蝕。

干法刻蝕是等離子體輔助刻蝕的代名詞，用于高精度的圖形轉(zhuǎn)移。目前我國(guó)刻蝕工藝以及刻蝕設(shè)備相對(duì)于光刻而言，已經(jīng)能夠達(dá)到世界較為前列的水平。能夠達(dá)到較高的刻蝕選擇性、更好的尺寸控制、低面比例依賴刻蝕和更低的等離子體損傷。
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