濕式蝕刻與乾式蝕刻的差異:方向性、選擇比、用途比較

蝕刻是從晶圓上移除材料以形成圖案的製程。濕式蝕刻是將材料溶解於藥液中加以移除。簡單、快速,選擇比也高,但不只往深度方向,在橫向也容易被蝕刻(等向性),不適合微細加工。乾式蝕刻則在真空腔體內使用反應性氣體的電漿。藉由離子的作用,可以具備很強的方向性(非等向性),對於雕刻現代晶片所需的細而垂直的形狀不可或缺。

項目濕式蝕刻乾式蝕刻
介質藥液。氧化膜用 HF,氮化膜用熱磷酸,矽用 KOH 等真空腔體內反應性氣體的電漿(RIE 等)
方向性多為等向性。橫向也會被蝕刻,並鑽入光罩下方(以 KOH 蝕刻矽時,會沿著晶面進行,屬於例外)可做成很強的非等向性。藉由離子轟擊與側壁保護,可得到近乎垂直的側壁
選擇比多半非常高。因為藥液的化學反應僅限於特定材料比濕式低,由氣體種類與電漿條件調整
最小尺寸受側向蝕刻所限制。用於大圖案與薄膜的移除奈米等級的圖案所必需
產能高。可在槽中一次處理多片晶圓較低。多半逐片處理
製程控制受槽的溫度、濃度與時間左右精密。可由電漿的發光偵測終點
損傷沒有電漿造成的損傷可能有電漿造成的損傷與帶電(天線效應)
設備與廢棄物設備簡單,但會產生廢液需要複雜的真空設備與廢氣處理,成本較高
主要用途晶圓的清洗、薄膜(氧化膜、氮化膜)的移除、MEMS 的塊材矽蝕刻先進 IC 的閘極、接觸孔、溝槽、導孔的圖案化

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

濕式蝕刻
選擇比比形狀更重要時,或要進行整片薄膜的移除或清洗時。例如氧化膜的移除、氮化膜的移除、MEMS 的塊材蝕刻等。
乾式蝕刻
圖案細微,且需要垂直壁面時。例如電晶體的閘極、接觸孔、溝槽、導孔等。
搭配使用
晶片的製造流程中兩者都會使用。以乾式蝕刻形成細微圖案,之後的清洗與薄膜移除則使用濕式製程。

常見問題

等向性蝕刻與非等向性蝕刻有何不同?

等向性蝕刻會朝所有方向均等地移除材料,因此會鑽入光罩下方。非等向性蝕刻主要朝 1 個方向(向下)移除,留下垂直的側壁。濕式蝕刻多為等向性,乾式蝕刻則可做成非等向性。

為什麼微細圖案要使用乾式蝕刻?

電漿中的離子賦予乾式蝕刻很強的方向性,因此可以雕刻出細而垂直的形狀。濕式蝕刻會鑽入光罩下方,無法製作奈米等級的圖案。

為什麼濕式蝕刻至今仍在使用?

因為它簡單、快速,可一次處理許多晶圓,選擇比也非常高。用於清洗、薄膜的移除,以及 MEMS 的塊材矽蝕刻。

什麼是蝕刻的選擇比?

是目標材料相對於想保留的材料,被蝕刻的速度之比。濕式蝕刻多半具有非常高的選擇比,乾式蝕刻則由氣體種類與電漿條件調整。

相關名詞的解說

濕式蝕刻
浸入藥液使薄膜溶解而去除的方法。選擇比高且損傷小,但一般為等向性進行,不適合微細加工。
乾式蝕刻
不使用藥液,而以電漿或氣體去除薄膜的方法。結合離子轟擊可進行非等向性加工,是形成微細圖案不可或缺的技術。
非等向性蝕刻
蝕刻僅沿特定方向(主要是垂直方向)進行的特性。是加工微細圖案所必需的。
等向性蝕刻
縱向與橫向以相同速度進行的蝕刻。會蝕入遮罩下方(底切)。
RIE(反應式離子蝕刻)
結合電漿中的反應性粒子與經電場加速之離子來進行蝕刻的乾式蝕刻。可進行垂直的非等向性加工。

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