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干法刻蝕與濕法刻蝕

作者：網站管理員　來源：本站原創　日期：2022/12/24 16:47:04　點擊：3307　屬于：技術資訊

       在半導體制造中，對基板或基板上形成的薄膜進行加工的工序被稱為刻蝕。因特爾創始人戈登·摩爾在1965年提出的“晶體管數量的集成密度每1.5~2年就會翻倍”的預測（俗稱摩爾定律），刻蝕技術的進步對摩爾定律的實現起著重要作用。

       刻蝕不同于鍍膜這種“加法”加工，而是“減法”加工。其加工方法大致可分為兩種:濕法刻蝕和干法刻蝕。簡單來說，濕法就是靠溶解來加工，干法則是靠挖掘來加工。

       接下來我們來簡單說明一下濕法刻蝕與干法刻蝕各自的技術特點與差異，以及各自所適合的用途。

刻蝕工藝的概述

       刻蝕技術的誕生源自于15世紀中葉的歐洲。當時，人們將酸倒入刻有花紋的銅板上，讓其沿著紋路腐蝕銅來制作凹版。這種利用腐蝕原理來進行表面加工的技術被統稱為“etching刻蝕”。

       半導體制造工序中的刻蝕，是為了在基板或基板上的薄膜刻成圖紙規定的紋路。鍍膜工藝和光刻工藝，再加上刻蝕工藝，多次重復就可將平面加工成立體式的結構。

濕法刻蝕與干法刻蝕的不同

       濕法刻蝕，是用溶液腐蝕表面來進行刻蝕。這種方法的優點是加工成本低廉、速度快，缺點就是加工精度略低。于是1970年前后便催生出了干法刻蝕。干法刻蝕不使用溶液，而是通過氣體沖擊基板表面來進行刻蝕，特點就是加工精度高。

等向性與異向性

       所謂等向性，就是物質或空間的物理性質各個方向相同，異向性就是物質或空間的物理性質因方向而不同。

       刻蝕手法中，“以某個點為中心進行同等程度的刻蝕”就是等向性刻蝕，“以某個點為中心，根據不同方向進行不同程度的刻蝕”則是異向性刻蝕。比如半導體工序的刻蝕中，為了朝指定方向刻蝕同時保留其他方向的部分，多采用異向性刻蝕。

(等向性刻蝕與異向性刻蝕示意圖)

使用藥液的濕法刻蝕

       濕法刻蝕利用的是藥液與基板的化學反應。這種方法雖說也不是不能進行異向性刻蝕，但與等向性刻蝕相比其難度要高出一個水平。除了對溶液和材料的組合搭配有諸多限制，基板溫度、溶液濃度、添加物的多少等條件也需要嚴格控制。

       無論將條件控制得有多細微，濕法刻蝕也很進行1μm以下的細微加工。原因之一就是必須要對側面刻蝕進行把控。

       濕法刻蝕時，即便只希望溶解材料的垂直方向（深度方向），也很難避免溶液碰到側面，結果就是材料的各個方向都開始溶解。由于會出現這種現象，濕法刻蝕中有幾率會出現比預期寬度更小的部位，這樣一來，就很難去加工那些需要精密控制電流的產品了。

(濕法刻蝕中可能出現的失敗情況)

干法刻蝕適用于精細加工的原因

       在半導體制造這種高精度加工中，適合異向性刻蝕的干法刻蝕得到了應用。這里的干法刻蝕多指反應離子刻蝕(RIE)，廣義上等離子刻蝕和濺射刻蝕也算在干法刻蝕里，不過本文中主要以RIE為主來說明。

       那么，為什么干法刻蝕就可以較容易地做到異向性刻蝕呢？為了解釋這一點，我們來具體看一下RIE的過程吧。利用干法刻蝕來腐蝕基板的過程，可以簡單地分為“化學刻蝕”和“物理刻蝕”。

       化學刻蝕分3個步驟進行。首先，反應氣體吸附于表面。接著，反應氣體與基板材料形成反應生成物，最后，反應生成物脫離。

       接下來物理刻蝕是對著基板吹垂直方向的氬氣，以此來進行垂直向下的刻蝕。

       化學刻蝕是等向性發生的，而物理刻蝕則可以通過控制氣體的方向來實現異向性。正因為這種物理刻蝕，干法刻蝕才會比濕法刻蝕更能把控方向性。

       干法刻蝕也跟濕法刻蝕同樣要求嚴密的條件，不過比起濕法刻蝕更易管理。因此，工業生產中干法刻蝕無疑更加有利。

至今仍需要濕法刻蝕的原因

       既然干法刻蝕看起來如此萬能，為什么當今世上依舊存在著濕法刻蝕呢？其實原因很簡單，就是因為濕法刻蝕生產起來成本更低。

       干法刻蝕與濕法刻蝕最大的不同就是成本。濕法刻蝕使用的藥液價格并沒有那么高昂，設備本身的價格也比干法刻蝕設備便宜很多。另外，濕法的加工所需時間短，可以同時處理多個基板，所以生產成本也可以控制的比較低。其結果就是，產品成本更低，和其他競爭對手相比就有了優勢。如果不追求很高的加工精度的話，很多量產型企業多選擇濕法刻蝕。

根據成本與精度來區分使用的兩種刻蝕工藝

       雖然濕法刻蝕與干法刻蝕有很大區別,但是也并不能說誰優誰劣，根據對成本、精密度的重視程度不同選擇不同的生產工藝才是最理想的方法。