在芯片制造過程中的各工藝站點，有很多不同的工藝名稱用于除去晶圓上多余材料，如“清洗”、“刻蝕”、“研磨”等。

如果說“清洗”工藝是把晶圓上多余的臟污、particle、上一站點殘留物去除掉，“刻蝕”工藝則是在圖形化掩膜（多為光刻膠）的幫助下，通過各種復雜的物理和化學作用將被刻蝕材料層特定位置的材料去除或改性，實現對被刻蝕材料層的精細加工和雕刻。

刻蝕工藝作為IC芯片制造中的關鍵環節之一，在芯片的制造過程中發揮著不可替代的作用。

在了解具體工藝之前，我們先梳理一下刻蝕工藝的重要術語，請見下圖：

第一個關鍵術語就是“選擇比”。該參數用于衡量刻蝕過程對目標材料與非目標材料刻蝕速率的差異大小，選擇比越大，刻蝕速率差異越大。在上圖所示的刻蝕反應過程中，一部分光刻膠掩膜也會被刻蝕，因此在實際的刻蝕工藝中，不可能達到100%只刻蝕去除目標材料的效果。一套高選擇比的刻蝕工藝參數，可以高效的去除刻蝕目標材料，并盡可能多的保留非刻蝕目標材料。

第二個關鍵詞，就是“方向的選擇性”。顧名思義，方向的選擇性是指刻蝕的方向。該性質可分為等向性（Isotropic）和非等向性（Anisotropic）刻蝕兩種：等向性刻蝕沒有方向選擇性, 除縱向反應外，橫向反應亦同時發生；非等向性刻蝕則是借助具有方向性的離子撞擊來進行特定方向的刻蝕，形成垂直的輪廓。試想一個包裹糖果的包裝袋漏了一道口子，如果把整塊糖連包裝袋一起放入水中，一段時間后，糖果就會被溶解。可如果只向破口處照射激光，糖果就會被燒穿，形成一個洞，而不是整塊糖果被燒沒。前一現象就好比等向性刻蝕，而后一現象就如同非等向性刻蝕。

第三個關鍵詞，就是表明刻蝕快慢的“刻蝕速率（Etching Rate）”。如果其他參數不變，當然速率越快越好，但一般沒有又快又準的完美選擇。在工藝研發過程中，往往需要在準確度等參數與速率間權衡。比如，為提高刻蝕的非等向性，需降低刻蝕氣體的壓力，但降壓就意味著能夠參與反應的氣體量變少，這自然就會帶來刻蝕速率的放緩。

最后一個關鍵詞就是“均勻性”。均勻性是衡量刻蝕工藝在整片晶圓上刻蝕能力的參數，反映刻蝕的不均勻程度。刻蝕與曝光不同，它需要將整張晶圓裸露在刻蝕氣體中。該工藝在施加反應氣體后去除副產物，需不斷循環物質，因此很難做到整張晶圓的每個角落都是一模一樣。這就使晶圓不同部位出現了不同的刻蝕速率。

為什么要刻蝕？

芯片刻蝕的用途有很多，最初晶圓是一個沒有任何功能的硅片，如何將這個平板進行改造成需要的結構？這就需要對晶圓微加工了。下圖是一張刻蝕完成后的半導體芯片局部細節圖片：

刻蝕后的顯微結構有點像南方的農田，在一大片農田里用農機設備加工整齊的溝渠，農田被劃分為一塊一塊方正的單元，在單元農田上種水稻或小麥。

刻蝕的種類：濕法刻蝕與干法刻蝕

刻蝕也像氧化工藝一樣，分為濕法刻蝕（Wet Etching）和干法刻蝕（Dry Etching）。

濕法刻蝕（Wet Etching）

是純粹的化學反應，利用化學試劑與被刻蝕材料發生化學反應生成可溶性物質或揮發性物質。被選擇的刻蝕液要有可均勻地去掉晶圓表層而又不傷及下一層材料的能力。

工藝流程：槽式刻蝕系統是將晶圓沉浸于裝有刻蝕液當中，經過一定時間傳送到清洗設備中去除殘留的污染物，再送到最終清洗臺以沖洗和甩干。

在對晶圓材料硅或者氧化硅腐蝕時，通常選擇HNO3或HF，反應式如下：

也就是把晶圓丟在HNO3或HF里泡一泡，讓強酸去除晶圓與刻蝕液體接觸部分的材料。

濕法腐蝕的工藝簡單、經濟實惠、光刻掩膜制備技術成熟且通用、光刻膠在腐蝕液中的選擇比一般很高，利于選擇性腐蝕。腐蝕速率決定于腐蝕劑的活性和腐蝕產物的溶解擴散性。但濕法腐蝕具有自然的腐蝕各向同性，掩膜下的下切使它不適合做小于2微米的圖形，濕法腐蝕過程中還會形成氣泡，氣泡附著的地方就會導致腐蝕終止。

另外濕法腐蝕還有一些其它的問題，比如因暴露在化學和生成的氣體中所帶來的安全上的危害，還有化學排放需要廢物處理造成的環境上的危害。

干法刻蝕（Dry Etching）

利用等離子體激活的化學反應或者是利用高能離子束轟擊去除物質的方法。以氣體為主要媒體的刻蝕方法，晶圓不需要液體化學品或沖洗，因此稱為干法刻蝕。三種干法刻蝕技術分別為：等離子刻蝕、離子銑刻蝕和反應離子刻蝕。

等離子刻蝕：用等離子進行薄膜刻蝕的技術，其利用刻蝕氣體在電場加速作用下形成等離子中的活性基，與被刻蝕材料發生化學反應，形成副產物隨氣流帶走。

離子銑刻蝕：是上個世紀70年代發展起來的一種純物理刻蝕技術，其原理是利用惰性氣體（例如 Ar，Xe 等）產生的離子束經加速電壓作用后高速轟擊靶材表面，轟擊過程中離子束不斷的將能量傳遞給材料表面原子，當表面原子積累的能量大于其自身結合能時，則會脫離固體表面發生濺射，從而達到刻蝕的目的，其原理示意圖下圖所示。

該技術采用加速電壓控制離子束的方向及能量，因而刻蝕表現出極好的各向異性和速率可控性，加之其完全屬于純物理刻蝕，可應用的材料范圍也非常廣，至今在刻蝕化學性質非常穩定的材料（例如陶瓷、某些金屬等）時依然發揮著重要作用。

但正因為如此，該技術的掩膜選擇比往往較低，在刻蝕較深的溝槽時需要采用很厚的掩膜而影響刻蝕精度；且高速轟擊的離子束容易造成表面晶格損傷，給器件帶來不可避免的電學損傷。

反應離子刻蝕：結合了等離子體刻蝕和離子銑刻蝕的原理，具有更高的刻蝕速率且同時也表現出優異的各向異性以及大面積均勻性，是目前微納加工過程中使用最為廣泛的刻蝕技術之一。其結構示意圖如下圖所示，當在平行板電極系統兩側施加射頻電壓時，腔室內的電子會加速轟擊反應氣體導致其發生電離，電離過程中會進一步產生自由電子繼續參與碰撞，直至達到平衡的輝光放電狀態，在平行板一側形成穩定的等離子體。

如何選擇刻蝕工藝？

首先，根據芯片產品的制程要求，如果只有干法刻蝕能勝任刻蝕任務，選干法；如果干濕法刻蝕都能勝任的，一般選濕法，因為濕法較經濟；如果想精確控制線寬或刻垂直/錐形角度，則選干法。

當然還有一些特殊的結構是必須要用濕法刻蝕的。比如MEMS中刻硅的倒金字塔結構，則只能用濕法刻蝕來完成。