在干法蝕刻中，氣體受高頻（主要為 13.56 MHz 或 2.45 GHz）激發(fā)。在 1 到 100 Pa 的壓力下，其平均自由程為幾毫米到幾厘米。

主要有三種類型的干法蝕刻：

• 物理干法蝕刻：加速粒子對晶圓表面的物理磨損

• 化學(xué)干法蝕刻：氣體與晶圓表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

• 化學(xué)物理干法蝕刻：具有化學(xué)特性的物理蝕刻工藝

1.離子束蝕刻

離子束蝕刻 (Ion beam etch) 是一種物理干法蝕刻工藝。由此，氬離子以約1至3keV的離子束輻射到表面上。由于離子的能量，它們會撞擊表面的材料。晶圓垂直或傾斜入離子束，蝕刻過程是絕對各向異性的。選擇性低，因?yàn)槠鋵Ω鱾€(gè)層沒有差異。氣體和被打磨出的材料被真空泵排出，但是，由于反應(yīng)產(chǎn)物不是氣態(tài)的，顆粒會沉積在晶片或室壁上。

為避免顆粒，將第二種氣體引入腔室。該氣體與氬離子發(fā)生反應(yīng)并引起物理化學(xué)蝕刻過程。部分氣體與表面反應(yīng)，但也與打磨出的顆粒反應(yīng)形成氣態(tài)副產(chǎn)物。幾乎所有材料都可以用這種方法蝕刻。由于垂直輻射，垂直壁上的磨損非常低（高各向異性）。然而，由于低選擇性和低蝕刻速率，該工藝在當(dāng)今的半導(dǎo)體制造中很少使用。

2.等離子刻蝕

等離子刻蝕（Plasma etch）是一種絕對化學(xué)刻蝕工藝（化學(xué)干法刻蝕，Chemical dry etch）。優(yōu)點(diǎn)是晶圓表面不會被加速離子損壞。由于蝕刻氣體的可移動顆粒，蝕刻輪廓是各向同性的，因此該方法用于去除整個(gè)膜層（如熱氧化后的背面清潔）。

一種用于等離子體蝕刻的反應(yīng)器類型是下游反應(yīng)器。從而通過碰撞電離在2.45GHz的高頻下點(diǎn)燃等離子體，碰撞電離的位置與晶片分離。

 

在氣體放電區(qū)域，由于沖擊存在各種顆粒，其中有自由基。自由基是具有不飽和電子的中性原子或分子，因此非?；顫姟Ｗ鳛橹行詺怏w，例如四氟甲烷CF4被引入氣體放電區(qū)并分離成CF2和氟分子F2。類似地，氟可以通過添加氧氣 O2 從 CF4 中分離出來：

2 CF4 + O2 ---> 2 COF2 + 2 F2

氟分子可以通過氣體放電區(qū)的能量分裂成兩個(gè)單獨(dú)的氟原子：每個(gè)氟原子都是一個(gè)氟自由基，因?yàn)槊總€(gè)原子都有七個(gè)價(jià)電子，并希望實(shí)現(xiàn)惰性氣體構(gòu)型。除了中性自由基之外，還有幾個(gè)部分帶電的粒子（CF+4、CF+3、CF+2、...）。然后，所有粒子、自由基等都通過陶瓷管進(jìn)入蝕刻室。帶電粒子可以通過提取光柵從蝕刻室中阻擋或者在它們形成中性分子的途中重新組合。氟自由基也有部分重組，但足以到達(dá)蝕刻室，在晶圓表面發(fā)生反應(yīng)并引起化學(xué)磨損。其他中性粒子不是蝕刻過程的一部分，并且與反應(yīng)產(chǎn)物一樣被耗盡。

在工藝室內(nèi)，晶圓放置在高頻電極（HF電極）上。通過碰撞電離產(chǎn)生等離子體，其中出現(xiàn)自由電子和帶正電的離子。如果 HF 電極處于正電壓，則自由電子會在其上積聚，并且由于它們的電子親和力而無法再次離開電極。因此，電極充電至 -1000 V（偏置電壓）。不能跟隨快速交變場的慢離子向帶負(fù)電的電極移動。

如果離子的平均自由程高，則粒子以幾乎垂直的方向撞擊晶片表面。因此，材料被加速離子（物理蝕刻）從表面擊出，此外，一些粒子與表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。橫向側(cè)壁不受影響，因此沒有磨損并且蝕刻輪廓保持各向異性。選擇性不是太小，但是，由于物理蝕刻進(jìn)程，它也不是太大。此外，晶圓表面會被加速離子損壞，必須通過熱退火進(jìn)行固化。

蝕刻工藝的化學(xué)部分是通過自由基與表面以及物理銑削材料的反應(yīng)來完成的，這樣它就不會像離子束蝕刻那樣重新沉積到晶圓或腔室壁上。通過增加蝕刻室中的壓力，顆粒的平均自由程減少。因此會有更多的碰撞，因此粒子會朝著不同的方向前進(jìn)。這導(dǎo)致較少的定向蝕刻，蝕刻過程獲得更多的化學(xué)特性。選擇性增加，蝕刻輪廓更加各向同性。通過在硅蝕刻期間側(cè)壁的鈍化，實(shí)現(xiàn)了各向異性的蝕刻輪廓。因此，蝕刻室內(nèi)的氧氣與磨出的硅反應(yīng)形成二氧化硅，二氧化硅沉積垂直側(cè)壁。由于離子轟擊，水平區(qū)域上的氧化膜被去除，使得橫向的蝕刻進(jìn)程繼續(xù)進(jìn)行。

蝕刻速率取決于壓力、高頻發(fā)生器的功率、工藝氣體、實(shí)際氣體流量和晶片溫度。各向異性隨著高頻功率的增加、壓力的降低和溫度的降低而增加。蝕刻工藝的均勻性取決于氣體、兩個(gè)電極的距離以及電極的材料。如果距離太小，等離子體不能不均勻地分散，從而導(dǎo)致不均勻性。如果增加電極的距離，則蝕刻速率降低，因?yàn)榈入x子體分布在擴(kuò)大的體積中。對于電極，碳已證明是首選材料。由于氟氣和氯氣也會攻擊碳，因此電極會產(chǎn)生均勻的應(yīng)變等離子體，因此晶圓邊緣會受到與晶圓中心相同的影響。

選擇性和蝕刻速率在很大程度上取決于工藝氣體。對于硅和硅化合物，主要使用氟氣和氯氣。

蝕刻工藝不限于一種氣體、氣體混合物或固定工藝參數(shù)。例如，可以首先以高蝕刻速率和低選擇性去除多晶硅上的原生氧化物，而隨后以相對于下方層的更高選擇性蝕刻多晶硅。