干法刻蝕與濕法刻蝕的優(yōu)劣詳解
在半導(dǎo)體制造中，在處理基板或在基板上形成的薄膜的過(guò)程中，有一種稱(chēng)為“蝕刻”的技術(shù)。蝕刻技術(shù)的發(fā)展對(duì)實(shí)現(xiàn)英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾在1965年提出的“晶體管的集成密度將在1.5到2年內(nèi)翻一番”的預(yù)測(cè)（俗稱(chēng)“摩爾定律”）起到了推動(dòng)作用。
蝕刻不是像沉積或鍵合那樣的“加”過(guò)程，而是“減”過(guò)程。另外，根據(jù)刮削方式的不同，分為兩大類(lèi)，分別稱(chēng)為“濕法蝕刻”和“干法蝕刻”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，前者是熔法，后者是挖法。
在本文中，我們將簡(jiǎn)要說(shuō)明濕法蝕刻和干法蝕刻每種蝕刻技術(shù)的特點(diǎn)和區(qū)別，以及各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域。
蝕刻工藝概述
蝕刻技術(shù)據(jù)說(shuō)起源于15世紀(jì)中葉的歐洲。當(dāng)時(shí)，將酸倒入刻有圖案的銅板上，腐蝕裸銅，形成凹版。利用腐蝕作用的表面處理技術(shù)被廣泛稱(chēng)為“蝕刻”。
半導(dǎo)體制造過(guò)程中蝕刻工藝的目的是按照?qǐng)D紙切割襯底或襯底上的薄膜。通過(guò)重復(fù)成膜、光刻和蝕刻的準(zhǔn)備步驟，將平面結(jié)構(gòu)加工成三維結(jié)構(gòu)。
濕法蝕刻和干法蝕刻的區(qū)別
在光刻工藝之后，曝光的基板在蝕刻工藝中進(jìn)行濕法蝕刻或干法蝕刻。
濕法蝕刻使用溶液腐蝕和刮掉表面。雖然這種方法可以快速且廉價(jià)地加工，但它的缺點(diǎn)是加工精度略低。因此，干法蝕刻誕生于1970年左右。干法蝕刻不使用溶液，而是使用氣體撞擊基板表面進(jìn)行刮擦，其特點(diǎn)是加工精度高。
“各向同性”和“各向異性”
在介紹濕法蝕刻和干法蝕刻的區(qū)別時(shí)，必不可少的詞是“各向同性”和“各向異性”。各向同性是指物質(zhì)和空間的物理性質(zhì)不隨方向變化，各向異性是指物質(zhì)和空間的物理性質(zhì)隨方向不同而不同。
各向同性蝕刻是指在某一點(diǎn)周?chē)g刻進(jìn)行相同量的情況，各向異性蝕刻是指蝕刻在某一點(diǎn)周?chē)鶕?jù)方向不同進(jìn)行的情況。例如，在半導(dǎo)體制造過(guò)程中的刻蝕中，往往選擇各向異性刻蝕，以便只刮削目標(biāo)方向，而留下其他方向。
使用化學(xué)品的濕蝕刻
濕蝕刻利用化學(xué)品和基板之間的化學(xué)反應(yīng)。采用這種方法，雖然各向異性刻蝕并非不可能，但比各向同性刻蝕要困難得多。溶液和材料的組合有很多限制，必須嚴(yán)格控制基板溫度、溶液濃度、添加量等條件。
無(wú)論條件調(diào)整得多么精細(xì)，濕法蝕刻都難以實(shí)現(xiàn)1μm以下的精細(xì)加工。其原因之一是需要控制側(cè)面蝕刻。
側(cè)蝕是一種也稱(chēng)為底切的現(xiàn)象。即使希望通過(guò)濕式蝕刻僅在垂直方向（深度方向）溶解材料，也不可能完全防止溶液撞擊側(cè)面，因此材料在平行方向的溶解將不可避免地進(jìn)行。由于這種現(xiàn)象，濕蝕刻隨機(jī)產(chǎn)生比目標(biāo)寬度窄的部分。這樣，在加工需要精密電流控制的產(chǎn)品時(shí)，再現(xiàn)性低，精度不可靠。
干法刻蝕適用于微細(xì)加工的原因
相關(guān)技術(shù)描述適用于各向異性蝕刻的干法蝕刻用于需要高精度加工的半導(dǎo)體制造工藝中。干法刻蝕常指反應(yīng)離子刻蝕（RIE），廣義上可能還包括等離子刻蝕和濺射刻蝕，但本文將重點(diǎn)介紹RIE。
為了解釋為什么干法蝕刻更容易進(jìn)行各向異性蝕刻，讓我們仔細(xì)看看 RIE 工藝。將干法蝕刻刮除基板的過(guò)程分為“化學(xué)蝕刻”和“物理蝕刻”兩種，就很容易理解了。
化學(xué)蝕刻分三個(gè)步驟進(jìn)行。首先，反應(yīng)氣體被吸附在表面上。然后由反應(yīng)氣體和底物材料形成反應(yīng)產(chǎn)物，最后反應(yīng)產(chǎn)物被解吸。在隨后的物理蝕刻中，通過(guò)垂直向基板施加氬氣來(lái)垂直向下蝕刻基板。
化學(xué)蝕刻各向同性地發(fā)生，而物理蝕刻可以通過(guò)控制氣體應(yīng)用的方向而各向異性地進(jìn)行。由于這種物理蝕刻，干法蝕刻比濕法蝕刻更能控制蝕刻方向。
干濕法也和濕法蝕刻一樣需要嚴(yán)格的條件，但它比濕法蝕刻具有更高的再現(xiàn)性，并且有許多更容易控制的項(xiàng)目。因此，毫無(wú)疑問(wèn)，干法刻蝕更有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
為什么仍然需要濕法蝕刻
一旦了解了看似萬(wàn)能的干法蝕刻，您可能想知道為什么濕法蝕刻仍然存在。然而，原因很簡(jiǎn)單：濕法蝕刻使產(chǎn)品更便宜。
干法蝕刻和濕法蝕刻之間的主要區(qū)別在于成本。濕法蝕刻所用的化學(xué)藥品并沒(méi)有那么貴，設(shè)備本身的價(jià)格據(jù)說(shuō)是干法蝕刻設(shè)備的1/10左右。此外，加工時(shí)間短，可同時(shí)加工多塊基板，降低了生產(chǎn)成本。因此，我們可以將產(chǎn)品成本保持在較低水平，從而使我們比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更具優(yōu)勢(shì)。如果對(duì)加工精度要求不高，很多企業(yè)會(huì)選擇濕法蝕刻進(jìn)行粗略量產(chǎn)。
蝕刻工藝是作為在微細(xì)加工技術(shù)中發(fā)揮作用的工藝而引入的?？涛g工藝大致分為濕法刻蝕和干法刻蝕，如果重視成本的話前者更好，如果需要1μm以下的微細(xì)加工則后者更好。理想情況下，您可以根據(jù)要生產(chǎn)的產(chǎn)品和成本來(lái)選擇流程，而不是根據(jù)哪個(gè)更好。
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