重点阐述湿法刻蚀，湿法刻蚀

描述

光刻工艺后，在硅片或晶圆上形成了光刻胶的图形，下一步就是刻蚀 。刻蚀就是利用光刻胶或其它材料做掩蔽层，对没有保护的区域进行腐蚀，最终实现将掩膜版上的图形变成硅片（或晶圆）上的图形，实现图形转移。

通俗来说， 刻蚀就是光刻后利用化学或物理的手段，对硅片本体精雕细琢的过程。刻蚀后在硅片上呈现出逻辑电路结构。 在本篇文章中，将重点阐述湿法刻蚀。（下图中，Photoresist Mask光刻胶保护的部分，没有被刻蚀掉。）

湿法刻蚀

在IC制造工艺中，刻蚀主要分为两类， 干法刻蚀和湿法刻蚀 。湿法刻蚀使用液态化学品，让硅片在强酸强碱溶液中刻蚀。干法刻蚀，利用气体等离子体，让硅片在化学气体的离子轰击下局部刻蚀。按照其反应的本质，可以分为化学方法，物理方法，化学与物理结合的方法。

首先，湿法刻蚀是纯粹的化学反应，它是利用化学试剂，与被刻蚀材料发生化学反应生成可溶性物质或挥发性物质。湿法刻蚀的技能，在古代就得到了很多应用。比如在中世纪的时候，欧洲人会用酸性溶液在金属盔甲上蚀刻雕花。在早期集成电路时代，工程师用强酸强碱来大规模刻出芯片。（下图中，各种刻蚀方法呈现的沟槽效果）

芯片上还有硅、氧化硅、碳化硅、氮化镓等各种介质。湿法刻蚀需要使用各种不同的强酸强碱去去除这些杂质。 比如硅比金属稳定，需要使用浓硝酸和氢氟酸去溶解，外加乙酸调和，简称HNA溶剂 。其中氢氟酸非常危险，接触皮肤后，会迅速渗入组织，侵蚀骨骼，俗称化骨水。

HNO3+6HF+Si-->H2SiF6+HNO2+H2O+H2

不同的晶向的硅，腐蚀速率也不同，一般常用KOH腐蚀单晶硅。对于二氧化硅，常用NH4F作为缓冲液，防止HF对二氧化硅腐蚀太快。

SiO2+6HF-->H2SiF6+2H2O

关键指标

针对刻蚀的最终要求，图形转移时的保真度，选择比，均匀性和刻蚀的清洁。刻蚀有几个关键指标，刻蚀速率，选择比，方向性。

刻蚀速率，是指单位时间内硅片表面被刻蚀的材料去除量 。通常是刻蚀厚度除以刻蚀时长，每分钟损失多少微米的厚度，或者是每秒钟损失多少纳米的厚度。在湿法刻蚀中，刻蚀深度是使用刻蚀时长来控制。

选择比，对不同的材料的刻蚀速率的比值 。比如硅和光刻胶的选择比是10：1，那每刻蚀掉10微米的硅，就会损失1微米的光刻胶。所以选择比越高，刻蚀越安全。

一般的湿法刻蚀没有方向， 朝各个方向均匀腐蚀，简称为各向同性 。在业内，各向同性会导致钻蚀，挖穿本应被光刻胶保护的区域，导致器件短路或开路。在芯片设计中，理 想情况是没有横向刻蚀，只有纵向刻蚀，这叫各向异性 。

现实情况中，横向刻蚀无法避免，只能是减少。比如利用单晶硅在不同晶向上对氢氧化钾的耐腐蚀性不同，溶液在底部平面的腐蚀速度，要比在侧面斜面强数百倍。

总结

在21世纪初，集成电路开始进入几十纳米阶段。湿法刻蚀因为其存在的局限性，退出了许多工艺制程。干法刻蚀，得到了工程师和设备商的青睐。