蝕刻製程的功能，就是要將進行微影製程前所沈積的薄膜，把沒 有被光阻覆蓋及保護的部分，以化學反應或是物理作用的方式加以去 除。蝕刻技術可以分為濕蝕刻(Wet Etching)與乾蝕刻(Dry Etching)兩 類，其分別為濕蝕刻是利用液體蝕刻溶液，將晶片浸沒其中，或其噴 灑至晶片上，經由溶液與被蝕刻物間的化學反應，選擇性的移除接觸 的表面材料以達到蝕刻的目的；而乾式蝕刻則是使用氣體（通常為電 漿態）來做蝕刻反應，所以又稱之為電漿蝕刻，其可以依靠射頻(Radio Frequency)來調控其蝕刻方向性，其蝕刻沒有晶元方向、側向蝕刻等問 題，是目前半導體常用的蝕刻方式。由於此兩種蝕刻都有其適用的範 圍和可蝕刻的材料並無優劣，應視需求和蝕刻的對象而選擇適合的蝕 刻方式。
再本次壓阻壓力感測元件的製程中，將會蝕刻多晶矽、二氧化矽、
鋁、氮化矽、單晶矽等物，其下分別探討之。
2.4.1 濕式蝕刻
濕式蝕刻是利用化學反應來進行薄膜的去除，對於非晶格結構的薄膜 蝕刻通常為一等向性蝕刻，一般而言此方式不足以定義3 微米以下的線寬，
但對於 3 微米以上的線寬定義濕式蝕刻仍然為一可選擇採用的技術。其在 微電子製作過程中被廣泛的採用乃由於其具有低成本、高可靠性、高產能 及優越的蝕刻選擇比等優點。但相對於乾式蝕刻，除了無法定義較細的線 寬外，濕式蝕刻仍有以下的缺點：1) 需花費較高成本的反應溶液及去離子 水；2) 化學藥品處理時人員所遭遇的安全問題；3) 光阻附著性問題；4) 氣 泡形成及化學蝕刻液無法完全與晶圓表面接觸所造成的不完全及不均勻的 蝕刻；5) 廢氣及潛在的爆炸危險性。
濕式蝕刻之反應過程可分為三個步驟：1) 化學蝕刻液擴散至待蝕刻材 料之表面；2) 蝕刻液與待蝕刻材料發生化學反應； 3) 反應後之產物從蝕 刻材料之表面擴散至溶液中，並隨溶液排出。三個步驟中進行最慢者為速 率控制步驟，也就是說該步驟的反應速率即為整個反應之速率。大部份的 蝕刻過程包含了一個或多個化學反應步驟，各種形態的反應都有可能發 生，但常遇到的反應是將待蝕刻層表面先予以氧化，再將此氧化層溶解，
並隨溶液排出，如此反覆進行以達到蝕刻的效果。如蝕刻矽或鋁時，即是 利用此種化學反應方式。
濕式蝕刻的速率通常可藉由改變溶液濃度及溫度予以控制。溶液濃度 可改變反應物質到達及離開待蝕刻物表面的速率，一般當溶液濃度增加或 提高溶液溫度時，可加速化學反應速率進而蝕刻速率將會提高，但為了維 持製程的穩定性，通常會將溶液濃度及溫度控制在固定的條件下。
除了溶液的選用外，選擇適用的遮罩物質亦是十分重要的，它必須與 待蝕刻材料表面有很好的附著性、並能承受蝕刻溶液的侵蝕。而光阻是一 個相當常用的遮罩選擇材料，其好處是圖案轉印步驟簡單，當蝕刻液對材 料與光阻間的蝕刻選擇比高時，都會優先考慮使用光阻做遮罩層。
在本次壓力元件製作中將運用濕蝕刻技術來蝕刻金屬鋁、氮化矽及氧 化矽與多晶矽四種。
a Al
鋁是半導體製程中最主要的導線材料，它具有低電阻、易於沉積及蝕 刻等優點而廣為大家所採用，鋁或鋁合金的濕式蝕刻主要是利用加熱的磷 酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以進行。典型的比例為H3PO4：HNO3： CH3COOH：H2O＝50：2：10：9 80%的磷酸、5%的硝酸、5%的醋酸及 10%
的水。而一般加熱的溫度約在 70°C-80°C 左右，溫度越高蝕刻速率越快，
一般而言蝕刻速率約為1000-3000 Å /min，而溶液的組成比例、不同的溫度 及蝕刻過程中攪拌與否都會影響到蝕刻的速率。
蝕刻反應的機制是藉由硝酸將鋁氧化成為氧化鋁，接著再利用磷酸將 氧化鋁予以溶解去除，如此反覆進行以達蝕刻的效果。在濕式蝕刻鋁的同 時會有氫氣泡的產生，這些氣泡會附著在鋁的表面，而局部地抑制蝕刻的 進行，造成蝕刻的不均勻性，可在蝕刻過程中予於攪動或添加催化劑降低 介面張力以避免這種問題發生。
b. Si3N4
氮化矽可利用加熱至180°C 的磷酸溶液(85%)來進行蝕刻。其蝕刻速率 與氮化矽的成長方式有關，以電漿輔助化學氣相沉積方式形成之氮化矽，
由於組成結構(SixNyHz 相較於 Si3N4) 較以高溫低壓化學氣相沉積方式形 成之氮化矽為鬆散，因此蝕刻速率較快許多。但在高溫熱磷酸溶液中光阻 易剝落，因此在作氮化矽圖案蝕刻時，通常利用二氧化矽作為遮罩。一般 來說，氮化矽的濕式蝕刻大多應用於整面氮化矽的剝除。對於有圖案的氮 化矽蝕刻，最好還是採用乾式蝕刻為宜。
c. SiO2
在微電子元件製作應用中，主要是做絕緣層、保護元件與犧牲層之功 能，在本實驗中二氧化矽亦是如此。而二氧化矽的濕式蝕刻通常採用氫氟 酸溶液加以進行。而二氧化矽可與室溫的氫氟酸溶液進行反應，但卻不會 蝕刻矽基材及複晶矽。反應式如下：
SiO2 + 6HF Æ H2 + SiF6 + 2H2O
由於氫氟酸對二氧化矽的蝕刻速率相當高，在製程上很難控制，因此 在實際應用上都是使用稀釋後的氫氟酸溶液，或是添加氟化銨作為緩衝劑 的混合液，來進行二氧化矽的蝕刻。氟化銨的加入可避免氟化物離子的消
耗，以保持穩定的蝕刻速率。而無添加緩衝劑氫氟酸蝕刻溶液常造成光阻 的剝離。典型的緩衝氧化矽蝕刻液(BOE : Buffer Oxide Etcher)(體積比 6:1 之 氟化銨(40%)與氫氟酸(49%))對於高溫成長氧化層的蝕刻速率約為
1000Å/min。
在半導體製程中，二氧化矽的形成方式可分為熱氧化及化學氣相沉積 等方式；而所採用的二氧化矽除了純二氧化矽外，尚有含有雜質的二氧化 矽如BPSG 等。然而由於這些以不同方式成長或不同成份的二氧化矽，其 組成或是結構並不完全相同，因此氫氟酸溶液對於這些二氧化矽的蝕刻速 率也會不同。但一般而言，高溫熱成長的氧化層較以化學氣相沉積方式之 氧化層蝕刻速率為慢，因其組成結構較為緻密。
d. Poly-Si
在半導體製程中，單晶矽與複晶矽的蝕刻通常利用硝酸與氫氟酸的混 合液來進行。此反應是利用硝酸將矽表面氧化成二氧化矽，再利用氫氟酸 將形成的二氧化矽溶解去除，反應式如下：
Si + HNO3 + 6HF Æ H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O
上述的反應中可添加醋酸作為緩衝劑(Buffer Agent)，以抑制硝酸的解 離。而蝕刻速率的調整可藉由改變硝酸與氫氟酸的比例，並配合醋酸添加 與水的稀釋加以控制。
2.4.2 乾式蝕刻
反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching 簡稱RIE)乾式蝕刻中最為廣泛使 用的方法，便使是結合(1)物理性的離子轟擊與(2)化學反應的蝕刻。此種方 式兼具非等向性與高蝕刻選擇比等雙重優點，蝕刻的進行主要靠化學反應 來達成，以獲得高選擇比。加入離子轟擊的作用有二：一是將被蝕刻材質
表面的原子鍵結破壞，以加速反應速率。二是將再沈積於被蝕刻表面的產 物或聚合物(Polymer)打掉，以使被蝕刻表面能再與蝕刻氣體接觸。而非等 向性蝕刻的達成，則是靠再沈積的產物或聚合物，沈積在蝕刻圖形上，在 表面的沈積物可為離子打掉，故蝕刻可繼續進行，而在側壁上的沈積物，
因未受離子轟擊而保留下來，阻隔了蝕刻表面與反應氣體的接觸，使得側 壁不受蝕刻，而獲得非等向性蝕刻。在本次實驗中，無需在矽晶片上製作 一圓型的高深度結構，用濕蝕刻其側向蝕刻過於嚴重與晶格方向等非等向 性蝕刻問題，因此選擇使用乾式蝕刻。
Deep RIE Silicon Etch
如前所述，溼式矽非等向性蝕刻加工有蝕刻面與矽晶片方向相關、過 大側蝕刻量及深寬比受限等缺點，而傳統的矽深蝕刻製程是在低基板溫度 (約 -110 ℃) 與高氟濃度下進行，雖可獲得微機電系統應用的蝕刻品質，但 在此低溫製程下會產生光阻 裂、晶片冷凝雜質形成黑矽、晶片無法穿透 蝕刻 500 °m 以上等缺點，再加上低溫液態氮的使用，增加了設備的複雜 性。因此雖然乾式矽非等向性蝕刻 RIE 製程可突破溼式蝕刻性與矽晶片方 向相關及過大側蝕刻量的缺點，但其蝕刻速率低 (< 1 µm/min)，且亦無法得 到高深寬比 (< 10：1)，因此兩者在微系統製程的應用上受限。
感應耦合電漿(ICP)矽性蝕刻具高電漿密度低氣體壓力 (High Density Low Pressure, HDLP) 特性，可大幅提高蝕刻速率及改善深寬比，故已發展 成微機電系統製程的關鍵技術。為了改善矽深蝕刻的缺點，ICP蝕刻利用 Bosch 的交替蝕刻與高分子鈍化 (Alternating Etch and Polymerization)，並改 變不同的側壁鈍化方法來進行矽深蝕刻。以 CF4/SF6 反應氣體為例說明 ICP 蝕刻機制：
一、 首先在矽壁沈積鈍化高分子：CF4 被電漿分解成活性機，並進行
高分子沈積反應，使壁上形成鈍化膜。
二、 矽底部的高分子與矽被蝕刻：SF6 被電漿分解成 F- 先蝕刻鈍化 膜再蝕刻 Si，此時離子撞擊的角色在移除底部的鈍化膜與維持方 向性。
三、 步驟一、二交替反覆：必須選擇適當的反應氣體，維持鈍化沈積 與蝕刻步驟的平衡。
ICP的主要特點在於不需低溫冷卻即可得到高蝕刻速率、高選擇比、高非均 向性、高蝕刻深度及高深寬比的矽蝕刻結果。