以后就可以常见面啦！👆
ETCH篇
蚀刻（Etch）——即，在晶圆上刻出精细电路图案，是在光刻之后的一道重要工艺。它的主要目的是根据设计布局完美呈现精确图案。虽然不能像光刻机一样，直接绘制精密的图形，但蚀刻可以结合物理和化学方法，通过调节气体比例、温度、电场强度和气压等各种参数，使晶圆的数千亿个晶体管具有相同的图形，在任何条件下都尽量保持统一一致的结果，这对于良率提升来说非常重要。
刻蚀的种类
湿刻蚀与干刻蚀
刻蚀也像氧化工艺一样，分为湿刻蚀（Wet Etching）和干刻蚀（Dry Etching）。
取名“湿法”氧化的原因是因为采用了水蒸气与晶圆反应，而刻蚀中的“湿”则意味着将晶圆“浸入液体后捞出”。
湿刻蚀的优点是刻蚀速率相当快，且只采用化学方法，所以“选择比”较高。
但其问题是只能进行等向性（Isotropic）刻蚀。如果把晶圆浸入液体中，液体就会自由流动与材料发生反应，光刻胶背面的受保护部分也会与液体发生反应，被快速溶解腐蚀，准确度较差。而且，如果光刻胶破口很小，液体刻蚀剂将受自身表面张力影响，无法穿过破口。用光刻机绘制了微细的图形后，若不能照图形制成电路，也只是徒劳。因此，如今在制作半导体核心层时，一般不采用湿刻蚀的方法。
图：在光刻胶破口内自由流动的液体刻蚀剂
干刻蚀则泛指采用气体进行刻蚀的所有工艺，即在晶圆上叠加光刻胶“模具”后，将其裸露于刻蚀气体中的工艺。
干刻蚀可分为等离子刻蚀、溅射刻蚀和反应性离子刻蚀（RIE, Reactive Ion Etching）。与湿刻蚀不同，这些干刻蚀工艺采用各种不同的方式来刻蚀材料，所以，可以一目了然地说明非等向性和等向性刻蚀的特点。例如，采用化学反应的干刻蚀为等向性刻蚀，采用物理反应的刻蚀则为非等向性刻蚀。最近，随着RIE（非等向性高、刻蚀速率高的一种干刻蚀方法）成为主流，干刻蚀具有非等向性的认识已成了一种共识（RIE的具体工艺请见下面的详述内容）。
刻蚀的种类
按去除材料的方法划分
去除晶圆上材料的方法大致可分为化学方法和物理方法两种：
化学方法就是采用与指定材料易反应的物质进行化学反应。光刻胶下面有许多要去除的物质，如在氧化工艺中生成的氧化膜或在沉积工艺中涂敷的一些其他物质等。化学方法就是采用易与想去除的材料产生反应，却不与光刻胶发生反应的物质，有针对性地去除材料。当然，根据要去除的材料，所使用的刻蚀剂（气体或液体）也不同。常用刻蚀剂有以氟或氯为基础的化合物等。化学方法的优点是“高选择比”，可以只去除想去除的材料。
物理方法是借助具有高能量的离子撞击晶圆表面，以去除材料，这种方法叫溅射刻蚀（Sputtering）。该方法先把气体（主要使用惰性气体）气压降低，再赋予高能量，使气体分解为原子（ ）与电子（-）。此时，朝晶圆方向施加电场，原子就会在电场作用下加速与晶圆发生冲撞。
这种方法的原理很简单，但在实际工艺中，仅凭这一原理很难达成目的。低气压意味着参加反应的气体量少，刻蚀速率当然就会慢下来。而且，采用物理方法时，会移除较大面积的本不该去除的材料。物理方法采用强行用力刻出材料的方法，发生冲撞时不会区分“应该”还是“不应该”去除的材料。（在后续介绍沉积工艺的沉积气体时也会说到溅射方法，大家不妨记住，有助于下文的理解。）
因此，在实际的刻蚀工艺中，我们主要采用将化学和物理方法相结合的反应性离子刻蚀（RIE, Reactive Ion Etching）。RIE属于干刻蚀的一种，它将刻蚀气体变成等离子，以进行刻蚀。具体而言，这种方法在设备内投入混合气体（反应气体与惰性气体）后，赋予气体高能量，使其分解为电子（Electron）、阳离子（Positive Ion）和自由基（Radical）*。质量较轻的电子基本上起不了什么作用，而在电场中向阳离子施加冲向晶圆方向的加速度，就会发生物理刻蚀。阳离子具有正电荷，在电场中加速时方向性很强。到这里，是不是与物理方法没什么两样呢？
图：RIE工艺简介
然而，在这一过程中，阳离子还会起到一个作用：弱化被撞击材料的化学键。电场使阳离子径直向前发射出去，会集中撞到图4所示的红色部分。侧壁化学键稳固，而正面化学键因撞击被弱化。随后接触具有极高化学活性的自由基，正面材料便会有更高的刻蚀速率，最终造就非等向性很高的刻蚀。
可见，等离子刻蚀技术可谓是“一举三得”：① 生成阳离子，产生物理性刻蚀；② 使被刻蚀材料的化学键变弱；③ 还能提高刻蚀气体的反应性。既取了化学刻蚀之长 —— “高选择比”，又不失物理刻蚀的优点 ——“非等向性刻蚀”。
当然，即便采用RIE，仅凭刻蚀工艺也很难100%得到所需的图形。如果要解决其他问题，还需要改变气体组合、采用硬掩模（Hard Mask）*的其他工艺或新材料的帮助。
* 硬掩膜（Hard Mask）：为防止因图形微细化而造成光刻胶上的图形被破坏，在其下方额外添掩模版。
刻蚀气体与附加气体
刻蚀工艺中所使用的气体非常重要。从上述内容中可以看出，刻蚀工艺的核心就是化学反应。所以，我们要根据想去除的材料，选择相应的刻蚀剂（Etchant）进行刻蚀。选择刻蚀气体时，要衡量反应生成的副产物是否容易被去除、刻蚀选择比是否够高和刻蚀速率是否足够快等因素。经常采用的刻蚀气体有氟（F）、氯（CI）、溴（Br）等卤族元素化合物。
在半导体的制程中，晶圆表面会涂敷各种物质。因此，从理论上来讲，要刻蚀的材料有无数种。我们主要举几个代表性的例子。比如，硅（Si）系列元素采用氟系气体可以轻易去除。硅遇氟立即反应生成很容易被气化的氟化硅。SiF4就是氟化硅的一种，在标准大气压下，其熔点为-90.3℃。也就是说，反应后生成的SiF4将立即气化成气体消散，即在晶体表面发生刻蚀的同时立刻变成气体。
常用作绝缘或保护膜的二氧化硅（SiO2）也很容易被含氟气体去除。与纯硅不同，二氧化硅已经是硅元素与氧结合形成的稳定化合物（硅燃烧后的粉尘），所以需要使用发热的气体才能将其去除。氟与碳（C）结合的气体便是常用于去除二氧化硅的刻蚀气体。通过发热反应，该气体可夺取与氧气结合的硅原子。
HKMG*、BEOL*等工艺则需要刻蚀金属性材料。金属性材料一般易与卤族元素（氯、氟等）发生反应，但其副产物的熔点非常高，所以很难去除。以铜为例，铜与气体反应产生的副产物熔点在1,000℃以上。也就是说，铜遇到刻蚀气体后，晶圆表面就会像生了锈一样，想去除这层“锈”，需要向晶圆施加1,000℃的高温，但这样一来其他重要的电子元件就很有可能被烧毁。因此，即便铜具有非常出色的电气特性，它却在铝的电气特性逼近物理极限时才被引进作为材料。而且，为了克服铜的这种“缺陷”，还需引进名为镶嵌（Damascene）*的新工艺。所以，大家要时刻记住，重点并不在于新材料本身是否具有良好的物理特性，而是在于与其一同引进的新工艺是否与已有工艺相匹配，可以实现量产。
其实，在实际工艺中，我们很难根据要去除的材料挑选出完美的刻蚀气体。例如，对去除硅奏效的气体对去除二氧化硅也同样奏效（反之亦然）。如果硅与二氧化硅同在，但想更多地去除其中一种材料怎么办？这时，如何制作混合气体成了关键。例如，调高氟气中的碳比例，发热反应就会更加激烈， SiO2的选择比自然就会变高。
附加气体也很重要。我们可以通过在刻蚀气体添加氧气（O2）、氮气（N2）和氢气（H2）等各种其他附加气体，使刻蚀气体具有某种特性。例如，在去除硅时附加氢气，可生成提高非等向性刻蚀的内壁。此外，还可添加部分惰性气体。其中，氖气（Ne）就是非常典型的惰性气体之一，它在可调节刻蚀气体浓度的同时，还可提供物理性刻蚀的效果。
不同产品ETCH工艺区别
不同的产品Etch 工艺和步骤也会有很大差别。我们现在以海力士的DRAM的ETCH来大致介绍：
DRAM刻蚀工艺包括八个步骤：ISO、BG、BLC、GBL、SNC、M0、SN和MLM。
首先，ISO（Isolation）阶段进行晶圆上的硅（Si）蚀刻（Etch），创建有源单元区。
BG（Buried Gate）阶段形成行地址线路（Word Line）1和栅极，打造电子通道。
接下来，BLC(Bit Line Contact)阶段会在单元区内创建ISO与列地址线路（Bit Line）2之间的连接。
GBL(Peri Gate Cell Bit Line) 阶段将同时创建单元列地址线路与外围3中的栅极。
SNC（Storage Node Contract）阶段继续创建有源区域和存储节点4之间的连接。
随后，M0（Metal0）阶段形成外围S/D（Storage Node）5的连接点以及列地址线路与存储节点之间的连接点。
SN（存储节点）阶段确认单元容量。
MLM（Multi Layer Metal）阶段创建外部电源和内部布线，整个蚀刻（Etch）工程过程随之完成。
联系客服
