干法刻蚀（dry etching）是半导体器件制造与微系统技术中一组减材（去除）微细加工工艺的统称。该工艺不依赖湿法刻蚀或化学机械平坦化等湿化学反应。其材料去除（如晶圓上二氧化硅的去除）是通过加速粒子（如氩离子）或利用等离子体活化的气体实现的。因此，根据具体工艺的不同，干法刻蚀可利用物理效应、化学效应或两者的结合。
历史
干法刻蚀工艺由史蒂芬·M·欧文（Stephen M. Irving）发明，他同时也是等离子体刻蚀工艺的先驱。各向异性干法刻蚀工艺由虞华年于20世纪70年代初在IBM T.J. Watson研究中心开发。随后，虞华年与罗伯特·丹纳德利用该工艺制造出了首批微米级的MOSFET。
分类
干法刻蚀工艺可分为三大类。第一类是物理干法刻蚀，其基础是通过粒子轰击实现材料去除；第二类是化学干法刻蚀，其基础是通常经由等离子体活化的气体所产生的化学反应。第三类是物理化学干法刻蚀，它结合了上述两种机制，旨在最大限度地克服前两类工艺的缺点。
物理干法刻蚀
在物理干法刻蚀中，表面通过离子、电子或光子的轰击而被刻蚀。这种轰击会导致衬底材料发生溅射；其过程类似于阴极溅射（通常不被直接列入干法刻蚀范畴）。此类工艺根据所使用的粒子命名，最知名且最常用的包括：电子束工艺或激光烧蚀。两者均在光刻领域有所应用。
为避免粒子束与残余气体分子发生散射干扰，刻蚀过程通常置于高真空腔室内。针对图形化加工，既可利用聚焦粒子束进行定点精细刻蚀，也可配合表面掩模（参见光刻）进行大面积平铺刻蚀，利用掩模屏蔽非刻蚀区域。
以离子刻蚀为例，纯物理效应的缺陷较为明显：其一，刻蚀速率较低且缺乏材料选择性，掩模本身也会被显著损耗，导致图形边缘出现圆角化。其二，由于刻蚀能量较高，离子会注入材料深层，不仅破坏表面原子层，还会造成衬底深处的晶格损伤。此外，被刻蚀掉的物质易发生再沉积，附着在衬底表面或掩模侧壁。
化学干法刻蚀
化学干法刻蚀（，CDE）利用中性粒子或自由基与衬底表面的化学反应。该工艺的核心前提是：反应物（前驱体）与生成的反应产物均须呈气态且具挥发性。例如在硅刻蚀中，生成的四氟化硅（SiF4）极易挥发。若刻蚀气体供应均匀，该工艺表现为典型的各向同性，且具有极高的材料选择比，特质上接近湿法刻蚀。反应通常在真空度约为100 Pa的反应腔室内进行。
刻蚀流程如下：中性原子或分子经等离子体活化后进入反应室，流经衬底（如硅晶圓）表面并发生反应，生成的挥发性废气由真空泵系统抽离。
早期该工艺的一个典型应用是利用氧等离子体去除光刻胶（去胶工艺）。
物理化学干法刻蚀
物理化学干法刻蚀（）结合了动能轰击与化学反应，是现代集成电路与微机电系统制造的核心技术，能够加工高深宽比的精细结构。其工艺关键同样在于确保反应产物具挥发性。
反应物经等离子体激发为高活性自由基后导向衬底。该过程可通过對流实现，亦可通过电场对离子进行静电加速以增强方向性。受益于等离子体激发与粒子加速方案的多样化，现已衍生出多种成熟工艺。当前（2008年）主流技术包括反应离子刻蚀（，RIE）、深反应离子刻蚀（，DRIE）、反应离子束刻蚀（）以及高密度等离子体刻蚀（，HDP刻蚀）。
参考
文献
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