刻蚀是继光刻之后，将光刻胶上的图形精确转移到下层薄膜材料的关键步骤，是集成电路结构在晶圆上最终实现的核心工艺之一。其质量直接决定了器件的性能和尺寸，尤其对先进节点的线宽和尺寸控制至关重要。光刻图形的质量（如分辨率、线边缘粗糙度）是决定最终刻蚀图形精度的基础。
1. 刻蚀工艺分类
按刻蚀环境/原理分
干法刻蚀： 使用气态等离子体或离子束进行刻蚀。
等离子体刻蚀： 主要依靠化学活性自由基。
离子束溅射刻蚀： 主要依靠物理轰击（溅射）。
反应离子刻蚀： 结合化学反应和物理轰击，是目前主流的刻蚀技术，能实现较好的各向异性。
湿法刻蚀： 使用液态化学溶液进行刻蚀。
按掩膜要求分
有图形刻蚀： 使用光刻胶或其他硬掩膜（如SiN、金属）保护部分区域，只刻蚀暴露部分。这是图形转移的核心。
无图形刻蚀： 对整个表面进行刻蚀，没有掩膜保护特定区域（如去除整层薄膜、平坦化前的初步减薄）。
2. 刻蚀工艺的关键参数与问题
刻蚀图形转移的精度和保真度依赖于对以下关键参数的控制：
不完全刻蚀
现象： 所需去除的材料未被完全清除。
原因： 刻蚀时间不足；薄膜厚度不均匀；刻蚀速率低于预期；刻蚀均匀性差；微负载效应（ARDE）严重。
过刻蚀
现象： 在目标材料被完全清除后，刻蚀过程仍在继续。
目的： 为补偿薄膜厚度不均匀性、微负载效应以及刻蚀终点检测的微小延迟，一定程度的、计划的过刻蚀是必要且普遍的。但需严格控制，避免损伤下层材料。
钻蚀
现象： 刻蚀不仅向下进行，也在掩膜边缘下方发生横向刻蚀，导致掩膜下方的材料被去除，形成“底切”或“侧向凹陷”。
原因： 各向同性刻蚀成分显著；掩膜与下层材料的粘附性差（湿法尤其明显）。
影响： 导致线宽损失，图形变形。
选择比
定义： 在相同刻蚀条件下，两种不同材料刻蚀速率之比（Selectivity = Rate A / Rate B）。
重要性
掩膜保护： 高选择比意味着掩膜材料（如光刻胶）刻蚀得很慢，而目标材料（如SiO₂、Si、金属）刻蚀得快，保证在目标材料刻蚀完成时掩膜仍有足够厚度保护下层。低选择比会导致掩膜过早耗尽，图形损坏或下层材料被意外刻蚀。
停止层控制： 高选择比允许刻蚀在特定停止层（如刻蚀SiO₂停止在Si上）精确终止。
举例： 用光刻胶作掩膜干法刻蚀SiO₂时，需要高的 SiO₂: PR（光刻胶）选择比。
各向异性度
各向同性刻蚀： 刻蚀速率在所有方向（垂直、水平）相同，导致侧壁呈圆弧状，易发生钻蚀，图形保真度差。湿法刻蚀通常是各向同性的。
各向异性刻蚀： 垂直方向的刻蚀速率远大于水平方向，能形成陡直、轮廓清晰的侧壁，图形保真度高。干法刻蚀（尤其是RIE）能实现高度各向异性。
均匀性
定义： 衡量刻蚀工艺在单片晶圆内、同一批次晶圆间、不同批次晶圆间刻蚀能力（主要是速率和剖面）一致性的参数。
重要性： 非均匀性会导致局部过刻蚀或不完全刻蚀，直接影响器件性能和良率。
影响因素与挑战
深宽比相关刻蚀： 刻蚀速率随开口的深宽比（深度/宽度）增大而显著降低，甚至在高深宽比的小尺寸图形上停止。也称为微负载效应。
图形密度效应： 密集图形区域和孤立图形区域的刻蚀速率可能不同。
设备/工艺参数波动： 气流、温度、射频功率、压力等的不均匀性。
其他关键问题：
残留物与聚合物： 刻蚀副产物在表面或侧壁的沉积，可能导致短路、开路或影响后续工艺。
等离子体诱导损伤： 高能粒子轰击对栅氧层、结区等敏感结构造成的电学性能劣化。
颗粒沾污： 刻蚀过程中产生的颗粒落在晶圆表面，造成缺陷。
3. 干法刻蚀与湿法刻蚀比较
总结
刻蚀是半导体制造中实现图形精确转移的核心技术。干法刻蚀（尤其是RIE及其衍生技术）凭借其优异的各向异性、高分辨率、良好的选择比和可控性，已成为现代先进集成电路制造（尤其是特征尺寸小于1µm）的绝对主流技术。 尽管存在设备昂贵、速率相对较慢等缺点，但其在图形保真度和尺寸控制上的优势无可替代。
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内容来源：微纳研究院公众号
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