干法刻蝕與濕法刻蝕的優劣詳解
在半導體制造中，在處理基板或在基板上形成的薄膜的過程中，有一種稱為“蝕刻”的技術。蝕刻技術的發展對實現英特爾創始人戈登·摩爾在1965年提出的“晶體管的集成密度將在1.5到2年內翻一番”的預測（俗稱“摩爾定律”）起到了推動作用。
蝕刻不是像沉積或鍵合那樣的“加”過程，而是“減”過程。另外，根據刮削方式的不同，分為兩大類，分別稱為“濕法蝕刻”和“干法蝕刻”。簡單來說，前者是熔法，后者是挖法。
在本文中，我們將簡要說明濕法蝕刻和干法蝕刻每種蝕刻技術的特點和區別，以及各自適合的應用領域。
蝕刻工藝概述
蝕刻技術據說起源于15世紀中葉的歐洲。當時，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被廣泛稱為“蝕刻”。
半導體制造過程中蝕刻工藝的目的是按照圖紙切割襯底或襯底上的薄膜。通過重復成膜、光刻和蝕刻的準備步驟，將平面結構加工成三維結構。
濕法蝕刻和干法蝕刻的區別
在光刻工藝之后，曝光的基板在蝕刻工藝中進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地加工，但它的缺點是加工精度略低。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行刮擦，其特點是加工精度高。
“各向同性”和“各向異性”
在介紹濕法蝕刻和干法蝕刻的區別時，必不可少的詞是“各向同性”和“各向異性”。各向同性是指物質和空間的物理性質不隨方向變化，各向異性是指物質和空間的物理性質隨方向不同而不同。
各向同性蝕刻是指在某一點周圍蝕刻進行相同量的情況，各向異性蝕刻是指蝕刻在某一點周圍根據方向不同進行的情況。例如，在半導體制造過程中的刻蝕中，往往選擇各向異性刻蝕，以便只刮削目標方向，而留下其他方向。
使用化學品的濕蝕刻
濕蝕刻利用化學品和基板之間的化學反應。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，必須嚴格控制基板溫度、溶液濃度、添加量等條件。
無論條件調整得多么精細，濕法蝕刻都難以實現1μm以下的精細加工。其原因之一是需要控制側面蝕刻。
側蝕是一種也稱為底切的現象。即使希望通過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面，因此材料在平行方向的溶解將不可避免地進行。由于這種現象，濕蝕刻隨機產生比目標寬度窄的部分。這樣，在加工需要精密電流控制的產品時，再現性低，精度不可靠。
干法刻蝕適用于微細加工的原因
相關技術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體制造工藝中。干法刻蝕常指反應離子刻蝕（RIE），廣義上可能還包括等離子刻蝕和濺射刻蝕，但本文將重點介紹RIE。
為了解釋為什么干法蝕刻更容易進行各向異性蝕刻，讓我們仔細看看 RIE 工藝。將干法蝕刻刮除基板的過程分為“化學蝕刻”和“物理蝕刻”兩種，就很容易理解了。
化學蝕刻分三個步驟進行。首先，反應氣體被吸附在表面上。然后由反應氣體和底物材料形成反應產物，最后反應產物被解吸。在隨后的物理蝕刻中，通過垂直向基板施加氬氣來垂直向下蝕刻基板。
化學蝕刻各向同性地發生，而物理蝕刻可以通過控制氣體應用的方向而各向異性地進行。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格的條件，但它比濕法蝕刻具有更高的再現性，并且有許多更容易控制的項目。因此，毫無疑問，干法刻蝕更有利于工業化生產。
為什么仍然需要濕法蝕刻
一旦了解了看似萬能的干法蝕刻，您可能想知道為什么濕法蝕刻仍然存在。然而，原因很簡單：濕法蝕刻使產品更便宜。
干法蝕刻和濕法蝕刻之間的主要區別在于成本。濕法蝕刻所用的化學藥品并沒有那么貴，設備本身的價格據說是干法蝕刻設備的1/10左右。此外，加工時間短，可同時加工多塊基板，降低了生產成本。因此，我們可以將產品成本保持在較低水平，從而使我們比競爭對手更具優勢。如果對加工精度要求不高，很多企業會選擇濕法蝕刻進行粗略量產。
蝕刻工藝是作為在微細加工技術中發揮作用的工藝而引入的。刻蝕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以下的微細加工則后者更好。理想情況下，您可以根據要生產的產品和成本來選擇流程，而不是根據哪個更好。
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