在半导体制造中，刻蚀是图形化定义电路的关键步骤，通过物理或化学方法选择性移除特定材料。目前，干法刻蚀占据绝对主导地位，其市场份额超过95%。以下是针对主流薄膜材料的刻蚀工艺概要。

一、多晶硅刻蚀

多晶硅是晶体管栅极的主要材料。

• 主流工艺：干法刻蚀。

• 主要方法：采用电感耦合等离子体技术。

• 常用气体：HBr与Cl₂的混合气体，有时添加O₂以改善侧壁形貌。

• 核心要求：实现极高的各向异性，形成垂直的侧壁剖面，并精确控制线宽。

二、二氧化硅刻蚀

二氧化硅是主要的绝缘介质材料。

• 主流工艺：干法刻蚀。

• 主要方法：采用电容耦合等离子体技术。

• 常用气体：以C₄F₈、CHF₃为代表的含氟碳化合物气体。

• 核心要求：获得较高的材料选择比，以确保在下层的硅或多晶硅停止刻蚀。

三、氮化硅刻蚀

氮化硅常用作刻蚀停止层或侧墙隔离层。

• 主流工艺：干法刻蚀。

• 常用气体：采用CF₄、CHF₃、SF₆等氟基化学气体。

• 核心要求：重点在于控制对下层二氧化硅或硅的高选择比。

四、铝刻蚀

铝作为传统互连金属，其刻蚀工艺已非常成熟。

• 主流工艺：干法刻蚀。

• 主要方法：基于电感耦合等离子体或反应离子刻蚀技术。

• 常用气体：Cl₂与BCl₃的混合气体。BCl₃用于去除铝表面的自然氧化层。

• 核心要求：防止后续的残留物腐蚀，并控制互连线的侧壁角度。

五、含碳膜层刻蚀

在先进多重图形化工艺中，旋涂碳层常作为核心牺牲材料。

• 主流工艺：干法刻蚀。

• 主要方法：通常在电感耦合等离子体或高密度等离子体反应腔中进行。

• 常用气体：采用O₂、SO₂、N₂/H₂等气体进行化学 stripping。

• 核心要求：要求极高的刻蚀均匀性及图形保真度，以实现精确的图形转移。

六、钨刻蚀

钨主要用于形成晶体管接触孔和通孔的栓塞。

• 主流工艺：通常不直接进行图形刻蚀，而采用钨化学气相沉积后整体回刻的工艺。

• 主要方法：在通孔中填满钨后，使用干法刻蚀将晶圆表面多余的钨均匀去除。

• 常用气体：采用SF₆、NF₃等氟基气体进行各向同性刻蚀。

• 核心要求：实现晶圆级的高度均匀性，并确保通孔中的钨完整保留。

七、氮化钛刻蚀

氮化钛在铜互连中作为关键的扩散阻挡层。

• 主流工艺：干法刻蚀。

• 常用气体：采用Cl₂/BCl₃或F基气体。

• 核心要求：要求精确的刻蚀停止控制，以确保完全清除通孔底部的阻挡层，又不损伤下层材料。

技术核心：干法刻蚀的主要设备类型

当前干法刻蚀主要依赖两类等离子体源：

1.电容耦合等离子体：等离子体密度相对较低，但离子能量较高，适用于对物理轰击要求较高的介质材料刻蚀，如二氧化硅和氮化硅。

2.电感耦合等离子体：能够产生高密度等离子体，且离子能量可独立控制，适用于需要精细化学平衡的材料刻蚀，如多晶硅、金属以及高深宽比结构。

随着集成电路工艺节点持续微缩，刻蚀技术面临三维 FinFET、GAA 晶体管以及极高深宽比通孔结构的全新挑战。原子层刻蚀作为下一代技术，通过将反应过程控制在原子层级，为实现埃米尺度的工艺控制提供了可能。