刻蚀工艺-有选择性地刻蚀材料，实现定制化图形

在微纳加工工艺中，有很多种移除多余材料的工艺，例如清洗、刻蚀等。清洗工艺是把整个晶圆上多余的材料去除，刻蚀工艺则是在光刻胶的辅助下有选择性地移除不需要的材料，从而实现定制化图形。

刻蚀工艺始于形成薄膜，在上面施加光刻胶，并进行曝光、显影、刻蚀、灰化、清洁、检查和离子注入等步骤。通常来说，刻蚀也可以分成有图形刻蚀和无图形刻蚀，其中有图形刻蚀可用来在硅片上制作多种不同的特征图形，包括栅、金属互连线、通孔、接触孔和沟槽。这就是我们常说的定制化。在通常的CMOS工艺流程中刻蚀都是在光刻工艺之后进行的，从这一点来说，刻蚀可以看成在硅片上复制所想要的图形的最后主要图形转移工艺步骤。

为什么要刻蚀？

晶圆本身是一个没有任何功能的硅片，但我们可以在晶圆上进行定制化的结构以达成某种工艺目的。比如，刻蚀工艺在摄像头上的应用。摄像头芯片上需要通过刻蚀工艺将芯片划分成n个区域，从而使得摄像头可以清晰地捕捉图像。刻蚀工艺就好比雕刻师手中的雕刻刀，在一整块的陶土上雕刻出具体的形象。

刻蚀的方法

而常见的刻蚀工艺分为干法刻蚀与湿法刻蚀。

干法刻蚀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。

湿法刻蚀就是将晶圆浸入到化学液体中，这种方式的刻蚀速率相当快，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。

如果刻蚀过程中出现失误，将造成难以恢复的硅片报废，因此必须进行严格的工艺流程控制。

大多数刻蚀步骤中，晶圆上层的部分位置都会通过“罩”予以保护，这种罩不能被刻蚀，这样就能对晶圆层上的特定部分进行选择性地移除。有些情况下，罩的材料为光阻性的，这和光刻中利用的原理类似。而在其他情况中，刻蚀罩需要耐受某些化学物质，比如氮化硅就可以用来制造这样的“罩”。刻蚀材料还包括硅、氧化硅、金属、石英等材料，深硅刻蚀最大深宽比为50：1。