干法刻蚀是集成电路制造图形转移核心工艺,真空环境下依靠等离子体实现物理轰击 + 化学反应协同刻蚀,区别于液相湿法腐蚀;先进制程 90% 以上刻蚀工序全部采用干法刻蚀,是仅次于光刻机的关键半导体设备工艺。
晶圆传入真空反应腔,腔体高真空密闭;
精准通入专用工艺气体(F 基、Cl 基、HBr、Ar、O₂等);
RF 射频电离气体生成等离子体(离子、电子、活性自由基);
离子垂直轰击 + 自由基化学反应同步去除未被掩膜保护的薄膜;
挥发性反应副产物被真空泵抽出;
光谱终点检测(EPD)精准停刻,避免欠刻 / 过刻。
等离子体中性自由基与晶圆材料发生反应,生成气态可抽走副产物。
F 基气体(CF₄、C₄F₈)刻 SiO₂、SiN;
Cl₂/HBr 刻单晶硅、多晶硅;纯化学刻蚀为各向同性,侧壁横向腐蚀严重,无法做精细图形。
晶圆基座施加偏压,正离子垂直加速轰击表面:
打断材料化学键、剥离表层反应产物;
压制侧壁横向化学反应,实现各向异性垂直刻蚀;纯物理溅射(Ar 离子轰击)选择性极差,会同步腐蚀光刻胶掩膜。
含碳氟气体在沟槽侧壁沉积一层薄高分子钝化膜,阻挡侧向刻蚀;刻蚀 = 底部离子轰击去除钝化膜持续刻蚀 + 侧壁钝化膜保护停止横向腐蚀,动态平衡决定侧壁垂直度、倾角、CD 关键尺寸。