半导体蚀刻单元有哪些

半导体蚀刻单元是集成电路制造中用于实现图案转移的核心工艺设备，其分类和功能根据蚀刻技术、应用场景和设备类型有所不同。以下是常见的半导体蚀刻单元及其特点：

一、按蚀刻技术分类

1. 湿法蚀刻单元

原理：使用化学蚀刻液（如氢氟酸、硝酸、磷酸等）对材料进行腐蚀。

组成单元：

蚀刻槽：容纳化学液的耐腐蚀容器（材质如PFA、PTFE或钛合金）。

喷淋/浸泡系统：通过喷淋或浸泡方式使蚀刻液均匀覆盖晶圆。

温度控制模块：加热或冷却蚀刻液以调节反应速率。

废液处理系统：中和、回收或排放废液，符合环保要求。

特点：

成本低，但蚀刻精度和均匀性较差（易产生横向腐蚀）。

适用于大马士革工艺、铝互连层等非关键层。

2. 干法蚀刻单元

原理：通过物理或化学手段（如等离子体、离子束）去除材料。

组成单元：

反应腔室：容纳晶圆并产生等离子体的区域（材质如铝或陶瓷）。

气体分配系统：通入蚀刻气体（如CF₄、SF₆、Cl₂等）和惰性气体（如Ar）。

射频（RF）电源：激发气体形成等离子体。

终点检测（EPD）：实时监测蚀刻深度，防止过度腐蚀。

真空系统：抽除反应气体和挥发物。

特点：

高精度、各向异性蚀刻（如深硅蚀刻），适用于先进制程。

设备复杂，成本高（如泛林集团Lam Research的蚀刻机）。

3. 混合蚀刻单元

原理：结合湿法和干法优势，例如先湿法去除大部分材料，再干法精修边缘。

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应用场景：TSV（硅穿孔）、3D封装中的高精度蚀刻。

二、按设备类型分类

1. 单晶圆蚀刻机

特点：逐片处理晶圆，适合小批量、高灵活性需求（如研发或先进制程）。

代表设备：泛林集团（Lam Research）的Dura™系列、东京电子（Tokyo Electron）的EES系列。

2. 多晶圆蚀刻机

特点：同时处理多片晶圆（如6寸或8寸多片），效率高，适合大规模生产。

应用：成熟制程的金属互连层、介质层蚀刻。

3. 集成蚀刻模块

特点：嵌入其他设备（如光刻机、清洗机）中，实现全流程自动化。

示例：ASML的TWINSCAN光刻系统内置等离子预处理模块。

三、按工艺阶段分类

1. 前端蚀刻单元（FEOL）

功能：晶体管结构蚀刻（如栅极、源/漏极）。

关键技术：

多晶硅栅极蚀刻（如Cl₂/HBr等离子）。

浅沟槽隔离（STI）蚀刻（如KOH湿法或干法）。

2. 后端蚀刻单元（BEOL）

功能：金属互连层（如铜、铝）和介质层（如SiO₂、Si₃N₄）蚀刻。

关键技术：

双大马士革工艺（DA）蚀刻：同时形成导线和通孔。

TSV硅穿孔蚀刻（如Bosch工艺，深硅各向异性干法蚀刻）。

3. 先进封装蚀刻单元

功能：3D封装中的RDL（重布线层）蚀刻、凸点（Bump）蚀刻。

技术：紫外激光蚀刻（Laser Ablation）或湿法蚀刻。

四、关键组件与技术

终点检测（End Point Detection, EPD）

作用：实时监测蚀刻深度或材料状态，停止蚀刻以避免损伤。

技术：光学发射光谱（OES）、射频（RF）信号分析。

均匀性控制模块

功能：通过气体分布、电磁场调节或晶圆旋转，确保蚀刻均匀性。

应用：5nm以下制程对侧壁平滑度要求极高。

颗粒控制与清洁系统

作用：防止蚀刻过程中产生的颗粒污染晶圆表面。

技术：原位清洁（In-situ Clean）、气旋分离过滤器。