比較最後更新 2026年10月8日

ICP與CCP的差異

ICP 與 CCP 都是在乾式蝕刻設備或電漿 CVD 設備中產生電漿的方式。設備說明中常常只寫「ICP 型」、「CCP 型」,但這項差異直接關係到擅長蝕刻哪種膜。以下從電源與電極的結構出發,整理電漿密度、壓力、離子能量的差異,並歸納導體蝕刻與介電膜蝕刻採用不同方式的原因。

Verdict結論

最大的差異在於「電漿的產生方式,以及因此擅長的離子轟擊方式」。ICP 以流經線圈的高頻電流所產生的感應電場來生成電漿,因此能在低壓(約1~50mTorr)下產生高密度(約10¹¹~10¹² cm⁻³)電漿,並能以不同電源分別控制電漿密度與離子能量。CCP 以平行板電極間的電場產生電漿,密度低1~2個數量級,但電極鞘層上承受很大的電壓,容易得到高離子能量,且即使大面積也很均勻。基於這些特性,在不損傷底層的前提下精密蝕刻閘極、矽等的導體蝕刻以 ICP 為主流;需要強離子轟擊來打斷 Si–O 鍵的氧化膜、氮化膜等介電膜蝕刻則以 CCP 為主流。

主要差異

ICP(感應耦合電漿)與CCP(電容耦合電漿)依比較項目比較
比較項目ICP(感應耦合電漿)CCP(電容耦合電漿)
電漿的產生對置於介電窗外側的線圈通入高頻電流,以感應電場加速電子在相對的平行板電極之間施加高頻電壓,以電極間的電場加速電子
電漿密度高(約10¹¹~10¹² cm⁻³)偏低(約10⁹~10¹⁰ cm⁻³)
操作壓力低壓(約1~50mTorr)稍高(約10~200mTorr)
密度與離子能量的控制可由線圈端電源(源極功率)與晶圓端電源(偏壓)獨立控制電極同時負責電漿產生與離子加速,兩者容易連動;以2頻化來謀求分離
離子能量可壓低到低能量,容易抑制底層損傷電極鞘層承受很大電壓,容易得到高能量離子
均勻性取決於線圈形狀與腔體設計,大尺寸晶圓的均勻化需要下工夫由於是平板電極,即使大面積也容易產生均勻電漿
主要蝕刻對象矽、多晶矽(閘極)、金屬導線、STI、矽深蝕刻SiO₂、SiN 等介電膜、接觸窗孔、通孔、高深寬比孔
代表性氣體系統Cl₂、HBr、SF₆等鹵素系C₄F₈、CF₄等氟碳系
設備結構需要介電窗與線圈,相對複雜結構簡單,容易壓低零組件數量與成本
在薄膜沉積上的應用高密度電漿 CVD(HDP-CVD)PECVD(SiO₂、SiN 低溫沉積)的標準方式

電漿產生方式的差異

CCP 是在2片平行板電極的其中一片或兩片上施加高頻電壓,以電極間的電場加速電子,使氣體游離。電極與電漿的邊界會形成稱為鞘層、電位差很大的層,離子在此被加速並垂直入射晶圓。也就是說,在 CCP 中,「產生電漿的電場」與「加速離子的電場」來自同一組電極。ICP 則是對隔著介電窗放置的線圈通入高頻電流,以隨時間變化的磁場所感應出的電場加速電子。電漿的產生在線圈端就已完成,因此可在承載晶圓的電極上另接偏壓電源,獨立決定引入離子的強度。這個「能否獨立控制」,正是兩種方式特性差異的出發點。

為什麼導體蝕刻用 ICP

在蝕刻電晶體閘極或矽鰭片的導體蝕刻中,必須維持垂直形狀,同時確實停在只有數nm的閘極絕緣膜等底層上。高密度電漿的反應物種與離子豐富,即使在低壓下也能得到足夠的蝕刻速率,而低壓下離子在途中不易散射,直進性更好。在此基礎上壓低偏壓功率,就能降低離子能量,抑制對底層的損傷與選擇比的下降。密度高、能量低這樣的組合,正因為 ICP 的產生與加速是分離的,才容易實現。

為什麼介電膜蝕刻用 CCP

SiO₂的 Si–O 鍵很強,僅靠化學反應幾乎無法蝕刻。以氟碳系氣體在晶圓表面沉積聚合物,再以高能量離子轟擊以推進反應的離子輔助反應,是介電膜蝕刻的基本原理。CCP 的電極鞘層承受很大的電壓,容易產生高能量離子,平板電極也容易確保大面積的均勻性。目前的介電膜蝕刻設備,一般採用由高頻負責電漿密度、低頻負責離子能量的2頻(或多頻)CCP,CCP 原本控制連動的弱點也已大幅改善。在3D NAND 的通道孔這類深挖氧化膜與氮化膜疊層的製程中,使用的也是這種高離子能量型 CCP。

兩者的界線並非固定

ICP 用於導體、CCP 用於介電膜的區分只是傾向,並非規則。MEMS 的矽深蝕刻(Bosch 製程)與化合物半導體的加工需要高密度,因此以 ICP 為主流,也有以 ICP 蝕刻介電膜的設備。反過來,CCP 也藉由多頻化而能細緻控制離子能量分布。此外,將自由基與離子在空間上分開的遠端電漿,以及以原子層為單位蝕刻的 ALE 等,不屬於任何一方的方式也逐漸增加。比較設備時,與其看方式名稱,不如從要蝕刻的膜、所需選擇比、深寬比與損傷容許度反推,較為可靠。

總結(該選哪一種)

若像閘極或矽那樣想精密地停在底層、想以低損傷垂直蝕刻,適合用 ICP。若是像氧化膜、氮化膜這類需要強離子轟擊的膜,或想在大尺寸晶圓上均勻地挖出深孔,適合用 CCP。判斷的關鍵在於「想如何組合電漿密度與離子能量」。

常見問題

ICP-RIE 與 RIE 有什麼不同?
RIE(反應性離子蝕刻)是結合離子與自由基進行非等向性蝕刻的方法名稱,不限定電漿的產生方式。傳統的平行板型 RIE 是以 CCP 產生電漿,而以 ICP 進行的就是 ICP-RIE。RIE 指的是原理,ICP、CCP 指的是電漿源的方式,兩者屬於不同層面的用語。
科林研發的 TCP 與 ICP 是不同的東西嗎?
TCP(Transformer Coupled Plasma)是科林研發(Lam Research)為自家感應耦合型電漿源所取的名稱,就方式而言屬於 ICP。其特徵是將平面狀線圈置於介電窗上方的結構。
ICP 性能較高,CCP 是舊式方法嗎?
不是。雖然 ICP 的電漿密度較高,但在介電膜蝕刻所需的高離子能量與大面積均勻性上,CCP 較具優勢,在最先進的3D NAND 與邏輯介電膜蝕刻中,多頻 CCP 仍是主力。這不是優劣之分,而是對不同膜的適性差異。
PECVD 也有 ICP 與 CCP 之分嗎?
有。以低溫沉積 SiO₂或 SiN 的一般 PECVD,以 CCP 為標準。另一方面,以高密度電漿同時進行沉積與濺鍍來填充窄溝槽的 HDP-CVD,則使用 ICP 等高密度電漿源。

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