在电路中，蚀刻用于通过选择性化学反应去除金属元件在研磨和抛光过程中产生的变形层。现在，日本名古屋大学的一个研究小组开发了一种称为“类湿法等离子体蚀刻”的新方法，它结合了湿法蚀刻的选择性和干法蚀刻的可控性。

该技术将使蚀刻新的和难以蚀刻的材料成为可能，从而使用于智能手机和数据中心的硅半导体集成电路具有更高的性能和更低的功耗。研究人员的研究结果发表在《科学报告》杂志上。

在为计算设备创造最快、最节能的电路的竞赛中，科学家们一直在寻找新的晶体管设计。最近，出现了从FinFET型晶体管(所谓的栅极像鲨鱼鳍一样高于硅平面)到全栅极晶体管的转变，在这种晶体管中，鳍被一堆水平片取代，看起来像佛教寺庙中的宝塔。在这种类型中，片材围绕通道以减少泄漏并增加驱动电流。

为了制造这些复杂的结构，由钛(Ti)和铝(Al)组成的金属碳化物，例如TiC或TiAlC，被用作施加电压的金属栅极。TiAlC是一种高硬度、高耐磨、高熔点、电化学性能优异的三元材料。

有两种方法可以蚀刻此类材料。湿法蚀刻使用化学溶液，而干法蚀刻使用气体。通常，用于半导体器件的TiAlC膜是通过使用过氧化氢液体混合物的湿法蚀刻来蚀刻的。然而，这个过程需要很长的蚀刻时间才能完全去除目标金属。它还存在化学损坏金属门的风险。此外，所使用的液体会在原子水平上产生表面张力，从而破坏重要特征。

为了开发一种先进的蚀刻工艺，用于选择性去除TiAlC而不是其他Ti化合物，已经测试了非卤素蚀刻作为一种可能的解决方案。目前，还没有针对这三种元素制成的金属碳化物的无卤素干法刻蚀工艺。

现在，由名古屋大学低温等离子体科学中心的MasaruHori、KenjiIshikawa和Thi-Thuy-NgaNguyen教授领导的研究小组与Hitachi,Ltd.和HitachiHigh-TechCorp.公司合作。，开发了一种新的金属碳化物干法蚀刻方法。该方法使用浮动线辅助的氩气蒸气等离子体与氢氧化铵基混合物的蒸气源在中等压力下混合。

在电路中，等离子体是通过给气体增加能量来产生的，因此额外的浮线可以增强高密度等离子体的产生。由于该过程从氢氧化铵气体(NH4OH)中产生H、NH和OH的活性自由基，因此在TiAlC薄膜表面改性后可以去除处理过的TiAlC表面。

“大气压等离子和中压等离子技术用于缩小设备尺寸、制造成本和能源消耗，”Ishikawa解释说。“很难蚀刻掉涉及多种元素的化合物。因此，控制表面改性起着关键作用。

“我们的小组研究了各种自由基在表面改性中的用途，并开发了一种使用浮动线等离子体和蒸汽补充剂产生此类自由基的方法。这提供了丰富的NH、H和OH自由基来源，它们与TiAlC表面发生反应形成挥发性产物并蚀刻TiAlC表面。

“这种浮线辅助等离子体技术有望用于半导体器件制造中使用的金属和金属化合物的高选择性蚀刻，”Ishikawa继续说道。“金属碳化物是用于先进硅半导体的有前途的栅电极材料，我们的联合研究小组在世界上第一个成功地对非硅半导体材料进行了化学干法刻蚀。

“这一成就对于原子层级蚀刻技术的发展具有重要意义，而该技术迄今难以实现。我们的成果代表了微细加工技术的一个重要里程碑和巨大的技术飞跃。”