摘要：在半导体制造中，干法刻蚀（Dry Etching）和湿法刻蚀（Wet Etching）是两种主流的刻蚀技术，其原理和工艺特性不同，因此产生的缺陷类型也存在显著差异。以下是两者的主要缺陷及其成因和影响。

半导体工程师 2025年04月03日 09:12 北京

在半导体制造中，干法刻蚀（Dry Etching）和湿法刻蚀（Wet Etching）是两种主流的刻蚀技术，其原理和工艺特性不同，因此产生的缺陷类型也存在显著差异。以下是两者的主要缺陷及其成因和影响。

干法刻蚀（Dry Etching）的常见缺陷及影响

干法刻蚀依赖等离子体实现高精度、各向异性刻蚀，但其缺陷主要与等离子体特性和物理化学作用相关。

1. 离子轰击损伤
成因：高能离子轰击材料表面，导致晶格结构破坏或非晶化，尤其在低k介质、化合物半导体等敏感材料中更为明显。影响：器件电性能恶化（如漏电流增加），后续工艺中金属层附着力下降。

2. 侧壁粗糙度
成因：等离子体不均匀或反应副产物（如含氟碳聚合物）在侧壁随机沉积。

影响：图形边缘粗糙（Line Edge Roughness, LER），高深宽比结构（如3D NAND通道孔）易发生坍塌。
3. 微掩膜效应（Grass缺陷）
成因：刻蚀过程中硬质颗粒（如金属污染物、抗蚀剂残留）形成局部掩膜，阻挡刻蚀。影响：表面出现“草状”突起或局部未刻蚀区域，导致关键尺寸（CD）偏差。

4. 过刻蚀与选择比不足
成因：刻蚀时间过长或材料间选择比低（如SiO₂/Si选择比不足）。影响：底层材料被意外刻蚀（如硅衬底损伤），图形底部形貌异常（凹陷或底切）。

5. 聚合物残留
成因：含碳气体（如CF₄）刻蚀时生成绝缘性氟碳聚合物，或腔体内壁污染导致副产物沉积。影响：残留物增加接触电阻，需额外氧等离子体灰化或湿法清洗步骤。

湿法刻蚀（Wet Etching）的常见缺陷及影响

湿法刻蚀通过化学溶液实现各向同性刻蚀，其缺陷多与溶液均匀性及化学反应特性相关。

1. 钻蚀（Undercut）
成因：溶液横向扩散导致掩膜下方材料被刻蚀，尤其在HF刻蚀SiO₂时显著。影响：图形线宽缩小，多层结构（如金属互连）中掩膜边缘塌陷，引发短路风险。

2. 刻蚀速率不一致
成因：溶液浓度、温度波动或晶圆表面疏水性差异（如气泡附着）。影响：同一晶圆上刻蚀深度不均，片间良率波动。
3. 化学残留与污染
成因：清洗不彻底导致金属离子（如Cu²⁺）残留，或溶液交叉污染。影响：表面腐蚀（如Al线被Cl⁻腐蚀），后续薄膜沉积质量下降。

4. 气泡缺陷
成因：反应生成气体（如H₂）滞留表面，或疏水区域阻碍溶液接触。影响：局部未刻蚀区域（圆形缺陷），需超声辅助或添加润湿剂改善。

5. 材料选择比限制

成因：溶液对多层材料选择性不足（如Si₃N₄/SiO₂刻蚀比低）。影响：难以精准控制复杂结构（如FinFET鳍片），需多次掩膜步骤。

干法与湿法刻蚀的对比与适用场景

1. 各向异性控制
干法刻蚀能实现垂直侧壁，适合高深宽比结构（如DRAM电容孔）；湿法刻蚀因各向同性特性，仅适用于对精度要求较低的场合（如微米级图形）。

2. 材料兼容性
干法刻蚀易造成等离子体损伤，对敏感材料（如有机低k介质）不友好；湿法刻蚀可能腐蚀金属层（如Al），需谨慎选择溶液配方。

3. 工艺复杂度与成本
干法刻蚀设备昂贵且需精密控制参数（气体、功率、压力）；湿法刻蚀操作简单、成本低，但废液处理及环保要求高。

4. 缺陷类型差异
干法缺陷以物理损伤和副产物污染为主；湿法缺陷更多源于化学反应的均匀性与污染问题。

缺陷缓解策略

干法刻蚀优化：
a.降低偏置电压以减少离子轰击损伤。 b.引入钝化气体（如C₄F₈）保护侧壁，改善粗糙度。 c.定期清洁反应腔体，避免聚合物沉积。

湿法刻蚀改进：
a.添加缓蚀剂（如磷酸）抑制钻蚀。 b.采用兆声波（Megasonic）辅助清洗，去除气泡和残留。 c.实时监控溶液浓度与温度，搭配自动化传输减少人为误差。

总结

干法刻蚀是先进制程（如5nm以下）的核心技术，但需解决离子损伤和副产物问题。

湿法刻蚀在传统工艺和特定材料（如体硅刻蚀）中仍有优势，但受限于分辨率和污染风险。

实际生产中常结合两者：例如湿法用于去胶或大尺寸结构，干法用于高精度图形，以平衡效率与精度需求。

来源于光刻技术与光刻机，作者婧晚画安颐