刻蝕技術

普通的刻蝕過程大致如下：先在表面塗敷一層光致抗蝕劑，然後透過掩模對抗蝕劑層進行選擇性曝光，由於抗蝕劑層的已曝光部分和未曝光部分在顯影液中溶解速度不同，經過顯影后在襯底表面留下了抗蝕劑圖形，以此為掩模就可對襯底表面進行選擇性腐蝕。如果襯底表面存在介質或金屬層，則選擇腐蝕以後，圖形就轉移到介質或金屬層上。

由於曝光束不同，刻蝕技術可以分為光刻蝕（簡稱光刻）、X射線刻蝕、電子束刻蝕和離子束刻蝕，其中離子束刻蝕具有解析度高和感光速度快的優點，是正在開發中的新型技術。

刻蝕工藝不僅是半導體器件和集成電路的基本製造工藝，而且還應用於薄膜電路、印刷電路和其他微細圖形的加工。

刻蝕還可分為濕法刻蝕和干法刻蝕。

刻蝕的機制，按發生順序可概分為「反應物接近表面」、「表面氧化」、「表面反應」、「生成物離開表面」等過程。所以整個刻蝕，包含反應物接近、生成物離開的擴散效應，以及化學反應兩部份。整個刻蝕的時間，等於是擴散與化學反應兩部份所費時間的總和。二者之中孰者費時較長，整個刻蝕之快慢也卡在該者，故有所謂「reaction limited」與「diffusion limited」兩類刻蝕之分。

最普遍、也是設備成本最低的刻蝕方法。其影響被刻蝕物之刻蝕速率 (etching rate) 的因素有三：刻蝕液濃度、刻蝕液溫度、及攪拌 (stirring) 之有無。定性而言，增加刻蝕溫度與加入攪拌，均能有效提高刻蝕速率；但濃度之影響則較不明確。舉例來說，以49%的HF刻蝕SiO2，當然比BOE (Buffered-Oxide- Etch；HF：NH4F =1：6) 快的多；但40%的KOH刻蝕Si的速率卻比20%KOH慢！濕刻蝕的配方選用是一項化學的專業，對於一般不是這方面的研究人員，必須向該化學專業的同儕請教。一個選用濕刻蝕配方的重要觀念是「選擇性」(selectivity)，意指進行刻蝕時，對被蝕物去除速度與連帶對其他材質 (如刻蝕掩膜；etching mask，或承載被加工薄膜之基板；substrate ) 的腐蝕速度之比值。一個具有高選擇性的刻蝕系統，應該只對被加工薄膜有腐蝕作用，而不傷及一旁之刻蝕掩膜或其下的基板材料。

(1)等向性刻蝕 (isotropic etching)

大部份的濕刻蝕液均是等向性，換言之，對刻蝕接觸點之任何方向腐蝕速度並無明顯差異。故一旦定義好刻蝕掩膜的圖案，暴露出來的區域，便是往下腐蝕的所在；只要刻蝕配方具高選擇性，便應當止於所該止之深度。

然而有鑒於任何被蝕薄膜皆有其厚度，當其被蝕出某深度時，刻蝕掩膜圖案邊緣的部位漸與刻蝕液接觸，故刻蝕液也開始對刻蝕掩膜圖案邊緣的底部，進行蝕掏，這就是所謂的下切或側向侵蝕現象 (undercut)。該現象造成的圖案側向誤差與被蝕薄膜厚度同數量級，換言之，濕刻蝕技術因之而無法應用在類似「次微米」線寬的精密製程技術！

(2)非等向性刻蝕 (anisotropic etching)

先前提到之濕刻蝕「選擇性」觀念，是以不同材料之受蝕快慢程度來說明。然而自1970年代起，在諸如Journal of Electro-Chemical Society等期刊中，發表了許多有關鹼性或有機溶液腐蝕單晶硅的文章，其特點是不同的硅晶面腐蝕速率相差極大，尤其是<111>方向，足足比<100>或是<110>方向的腐蝕速率小一到兩個數量級！因此，腐蝕速率最慢的晶面，往往便是腐蝕后留下的特定面。

這部份將在體型微細加工時再詳述。

干刻蝕是一類較新型，但迅速為半導體工業所採用的技術。其利用電漿 (plasma) 來進行半導體薄膜材料的刻蝕加工。其中電漿必須在真空度約10至0.001 Torr 的環境下，才有可能被激發出來；而干刻蝕採用的氣體，或轟擊質量頗巨，或化學活性極高，均能達成刻蝕的目的。

干刻蝕基本上包括「離子轟擊」(ion-bombardment)與「化學反應」(chemical reaction) 兩部份刻蝕機制。偏「離子轟擊」效應者使用氬氣(argon)，加工出來之邊緣側向侵蝕現象極微。而偏「化學反應」效應者則采氟系或氯系氣體(如四氟化碳CF4)，經激發出來的電漿，即帶有氟或氯之離子團，可快速與晶元表面材質反應。

干刻蝕法可直接利用光阻作刻蝕之阻絕遮幕，不必另行成長阻絕遮幕之半導體材料。而其最重要的優點，能兼顧邊緣側向侵蝕現象極微與高刻蝕率兩種優點，換言之，本技術中所謂「活性離子刻蝕」(reactive ion etch；RIE) 已足敷「次微米」線寬製程技術的要求，而正被大量使用中。