乾式蝕刻是利用電漿或反應性氣體,以氣相(乾式)方式去除晶圓表面材料的蝕刻方法總稱。與使用藥液的濕式蝕刻不同,乾式蝕刻是在真空腔體內產生電漿進行處理。在現代半導體製造中,是形成微細圖形的主力製程。
代表性的方式是 RIE(Reactive Ion Etching,反應性離子蝕刻),結合化學蝕刻(自由基反應)與物理濺射(離子撞擊)。由於在垂直方向具有很強的非等向性,可將寬度數 nm 至數十 nm 的微細圖形側壁垂直地形成,是電路高密度化不可或缺的技術。依電漿源方式不同,還有 ICP(感應耦合電漿)與 CCP(電容耦合電漿)等變化形式。
乾式蝕刻的選擇比(欲蝕刻材料與欲保留材料的蝕刻速率之比)由製程氣體的組成、壓力與功率控制。代表性的組合為:矽使用 SF₆/Cl₂ 系,SiO₂ 使用 CxFy 系(C₄F₈ 等)氟碳氣體,SiN 使用 CHF₃ 系。蝕刻氣體組成的最佳化直接關係到最終圖形形狀的控制。
乾式蝕刻的主要用途包括閘極電極的加工、接觸孔與通孔的形成、側壁間隔層的回蝕刻、溝槽隔離(STI)、3D NAND 的通道孔形成等。在先進製程中,可進行原子層等級控制的 ALE(Atomic Layer Etching,原子層蝕刻)也逐漸興起。
ALE(原子層蝕刻)是 ALD 的逆向製程,一次精密去除表面1個原子層。它是高深寬比結構、GAA 奈米片形成、精密 SiGe 選擇性去除等不可或缺的尖端技術。主要設備廠商為科林研發(Kiyo、Flex 系列)、東京威力科創(Tactras、Certas 系列)、應用材料(Producer、Centura 系列)。