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干法刻蝕與濕法刻蝕


作者:網(wǎng)站管理員 來源:本站原創(chuàng) 日期:2022/12/24 16:47:04 點擊:3401 屬于:技術(shù)資訊
干法刻蝕與濕法刻蝕
       在半導(dǎo)體制造中,對基板或基板上形成的薄膜進行加工的工序被稱為刻蝕。因特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾在1965年提出的“晶體管數(shù)量的集成密度每1.5~2年就會翻倍”的預(yù)測(俗稱摩爾定律),刻蝕技術(shù)的進步對摩爾定律的實現(xiàn)起著重要作用。
       刻蝕不同于鍍膜這種“加法”加工,而是“減法”加工。其加工方法大致可分為兩種:濕法刻蝕和干法刻蝕。簡單來說,濕法就是靠溶解來加工,干法則是靠挖掘來加工。
       接下來我們來簡單說明一下濕法刻蝕與干法刻蝕各自的技術(shù)特點與差異,以及各自所適合的用途。

刻蝕工藝的概述

       刻蝕技術(shù)的誕生源自于15世紀中葉的歐洲。當時,人們將酸倒入刻有花紋的銅板上,讓其沿著紋路腐蝕銅來制作凹版。這種利用腐蝕原理來進行表面加工的技術(shù)被統(tǒng)稱為“etching刻蝕”。
       半導(dǎo)體制造工序中的刻蝕,是為了在基板或基板上的薄膜刻成圖紙規(guī)定的紋路。鍍膜工藝和光刻工藝,再加上刻蝕工藝,多次重復(fù)就可將平面加工成立體式的結(jié)構(gòu)。

濕法刻蝕與干法刻蝕的不同

       濕法刻蝕,是用溶液腐蝕表面來進行刻蝕。這種方法的優(yōu)點是加工成本低廉、速度快,缺點就是加工精度略低。于是1970年前后便催生出了干法刻蝕。干法刻蝕不使用溶液,而是通過氣體沖擊基板表面來進行刻蝕,特點就是加工精度高。

等向性與異向性

       所謂等向性,就是物質(zhì)或空間的物理性質(zhì)各個方向相同,異向性就是物質(zhì)或空間的物理性質(zhì)因方向而不同。
       刻蝕手法中,“以某個點為中心進行同等程度的刻蝕”就是等向性刻蝕,“以某個點為中心,根據(jù)不同方向進行不同程度的刻蝕”則是異向性刻蝕。比如半導(dǎo)體工序的刻蝕中,為了朝指定方向刻蝕同時保留其他方向的部分,多采用異向性刻蝕。

(等向性刻蝕與異向性刻蝕示意圖)

使用藥液的濕法刻蝕

       濕法刻蝕利用的是藥液與基板的化學反應(yīng)。這種方法雖說也不是不能進行異向性刻蝕,但與等向性刻蝕相比其難度要高出一個水平。除了對溶液和材料的組合搭配有諸多限制,基板溫度、溶液濃度、添加物的多少等條件也需要嚴格控制。
       無論將條件控制得有多細微,濕法刻蝕也很進行1μm以下的細微加工。原因之一就是必須要對側(cè)面刻蝕進行把控。
       濕法刻蝕時,即便只希望溶解材料的垂直方向(深度方向),也很難避免溶液碰到側(cè)面,結(jié)果就是材料的各個方向都開始溶解。由于會出現(xiàn)這種現(xiàn)象,濕法刻蝕中有幾率會出現(xiàn)比預(yù)期寬度更小的部位,這樣一來,就很難去加工那些需要精密控制電流的產(chǎn)品了。


(濕法刻蝕中可能出現(xiàn)的失敗情況)

干法刻蝕適用于精細加工的原因

       在半導(dǎo)體制造這種高精度加工中,適合異向性刻蝕的干法刻蝕得到了應(yīng)用。這里的干法刻蝕多指反應(yīng)離子刻蝕(RIE),廣義上等離子刻蝕和濺射刻蝕也算在干法刻蝕里,不過本文中主要以RIE為主來說明。
       那么,為什么干法刻蝕就可以較容易地做到異向性刻蝕呢?為了解釋這一點,我們來具體看一下RIE的過程吧。利用干法刻蝕來腐蝕基板的過程,可以簡單地分為“化學刻蝕”和“物理刻蝕”。
       化學刻蝕分3個步驟進行。首先,反應(yīng)氣體吸附于表面。接著,反應(yīng)氣體與基板材料形成反應(yīng)生成物,最后,反應(yīng)生成物脫離。
       接下來物理刻蝕是對著基板吹垂直方向的氬氣,以此來進行垂直向下的刻蝕。
       化學刻蝕是等向性發(fā)生的,而物理刻蝕則可以通過控制氣體的方向來實現(xiàn)異向性。正因為這種物理刻蝕,干法刻蝕才會比濕法刻蝕更能把控方向性。
       干法刻蝕也跟濕法刻蝕同樣要求嚴密的條件,不過比起濕法刻蝕更易管理。因此,工業(yè)生產(chǎn)中干法刻蝕無疑更加有利。

至今仍需要濕法刻蝕的原因

       既然干法刻蝕看起來如此萬能,為什么當今世上依舊存在著濕法刻蝕呢?其實原因很簡單,就是因為濕法刻蝕生產(chǎn)起來成本更低。
       干法刻蝕與濕法刻蝕最大的不同就是成本。濕法刻蝕使用的藥液價格并沒有那么高昂,設(shè)備本身的價格也比干法刻蝕設(shè)備便宜很多。另外,濕法的加工所需時間短,可以同時處理多個基板,所以生產(chǎn)成本也可以控制的比較低。其結(jié)果就是,產(chǎn)品成本更低,和其他競爭對手相比就有了優(yōu)勢。如果不追求很高的加工精度的話,很多量產(chǎn)型企業(yè)多選擇濕法刻蝕。

根據(jù)成本與精度來區(qū)分使用的兩種刻蝕工藝

       雖然濕法刻蝕與干法刻蝕有很大區(qū)別,但是也并不能說誰優(yōu)誰劣,根據(jù)對成本、精密度的重視程度不同選擇不同的生產(chǎn)工藝才是最理想的方法。

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