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刻蚀速率:芯片纳米雕刻
2025年09月30日 10:12   浏览:599   来源:小萍子

本文主要讲述芯片纳米雕刻。


在芯片工厂(Fab)中,光刻工艺如同一位顶尖设计师,在硅晶圆上绘制出精美的电路蓝图。但真正将这张平面蓝图变成立体微纳结构的,是刻蚀(Etch) 工艺。而衡量刻蚀工艺快慢的核心指标,就是刻蚀速率(Etch Rate)


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刻蚀速率是什么?

简单来说,刻蚀速率就是刻蚀工艺在单位时间内去除材料的厚度。其标准单位是 Å/秒 或 纳米/秒(1纳米 = 10 Å)。例如,如果对硅的刻蚀速率是5 Å/秒,那么刻蚀1秒,就能去除0.5纳米的硅材料。


可以将其比喻为雕刻家的工作效率:


材料 = 待雕刻的木板


刻蚀工艺 = 雕刻家及其工具


刻蚀速率 = 雕刻家每分钟能凿掉多深的木料。

Chapter 10 Etching Introduction to etching. - ppt video online download


为什么刻蚀速率如此关键?

刻蚀速率绝非越快越好,它需要在速度、精度和控制之间取得完美平衡,其重要性体现在三个方面:


1. 精度控制(精准度)—— “不多不少,刚刚好”


现代芯片的结构复杂精细,某些薄膜层的厚度可能只有几十个原子层。刻蚀的目标是精确地去除特定厚度的材料,直达下一层而不过度损伤。


速率太快:难以精确控制终点,容易过刻蚀,损伤下层结构,导致电路短路或性能失效。


速率太慢:虽然控制精准,但会严重影响生产效率。


刻蚀工艺的核心挑战之一,就是实现高度均匀和稳定的刻蚀速率。


2. 生产效率(经济性)—— “时间就是金钱”

在晶圆厂,一台刻蚀机价值数百万至上千万美元。一片晶圆需要经历数十次刻蚀步骤。


刻蚀速率直接决定了每片晶圆在刻蚀机中停留的时间。


更高的速率意味着更短的单片加工时间、更高的设备产能和更低的生产成本。因此,在保证精度和良率的前提下,提升刻蚀速率是晶圆厂不懈的追求。


3. 工艺选择比(选择性)—— “只削苹果皮,不伤果肉”


这是刻蚀速率衍生出的一个更为关键的概念。在实际操作中,我们 rarely 只刻蚀一种材料。例如,用光刻胶作掩模去刻蚀下方的二氧化硅层,我们希望:


Cleanroom

高速率刻蚀二氧化硅。


低速率刻蚀光刻胶和再下方的硅衬底。


选择比 就是两种材料刻蚀速率的比值:


选择比 = 材料A的刻蚀速率 / 材料B的刻蚀速率


Chapter 10 Etching 1 2 3 4 5


一个高的选择比意味着刻蚀工艺能高度选择性地去除目标材料,而几乎不损伤掩模和停止层。这是实现复杂三维结构(如FinFET的鳍式结构、3D NAND的存储孔)的基。


END


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