選擇比(Selectivity)是指在蝕刻製程中,「欲蝕刻的材料(目標)」與「欲保留的材料(遮罩或底層)」的蝕刻速率之比。定義為選擇比=目標材料的蝕刻速率÷遮罩(或底層)的蝕刻速率,數值越高,越能選擇性地去除目標材料。高選擇比是確保圖案尺寸精度、良率與製程窗口不可或缺的參數。
具體例子:以 C₄F₈ 氣體蝕刻 SiO₂ 時,對 Si(底層)的選擇比約為10~50:1;以 Cl₂ 蝕刻 poly-Si 時,對 SiO₂(閘極氧化層)的選擇比要求為50~200:1。在形成接觸窗時,為了防止損傷矽基板或擴散層,特別重視 SiO₂ 對 Si 的選擇比。選擇比不足會損傷蝕刻停止層或底層,導致元件特性劣化與良率下降。
主導選擇比的主要因素有:①蝕刻氣體的化學組成(C₄F₈ 等氟碳系氣體的氧化膜選擇性高);②氣體壓力(低壓下以離子為主,對 Si 的選擇性傾向較高);③基板偏壓功率(離子能量高時機械性濺射增加,選擇比下降);④腔體溫度(低溫下聚合物沉積增加,選擇比提升)。製程工程師精密調整這些參數,以實現所需的選擇比。
在先進製程中,選擇比管理的難度日益增加。3D NAND 的字元線(WL)蝕刻需以數十:1的高深寬比一次蝕刻 SiO₂ 與 SiN 交互堆疊100層以上的膜,因此 SiO₂/SiN 間選擇比與均勻性的控制極為困難。GAA 奈米片形成需要 SiGe/Si 原子層級的選擇性蝕刻(SiGe 與 Si 的選擇比>100:1),ALE(原子層蝕刻)正逐步被正式採用。
高選擇比製程的開發是蝕刻設備廠商的核心技術。科林研發、應用材料與東京威力科創在專為選擇比控制設計的製程套件(腔體材料、注入器設計)與反應氣體組成最佳化技術上相互競爭。CARBEX 製程(添加含碳氣體)與 ALE 等新方法,也被用作提升選擇比的手段。