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對 於半導體製造中所使用的化學品，強調不純物的濃度。若有金屬殘留在矽晶圓表面，再經過一些熱製程後會讓金屬擴散進入矽晶圓裡。造成不可控制的雜質污染會使 得表面阻值下降。因此如擴散前清洗、薄膜沉積前清洗等都希望能將晶圓表面利用濕式化學清洗將表面微粒、金屬污染物等去除。因此所用的化學品也應使用低金屬 不純物濃度等級。成分清楚部分我們可分無機酸鹼，混酸和有機溶劑、混合溶劑和一些配方化學品如去光阻液、研磨液、化學研磨後清洗液和電鍍液。
運用於半導體的電子化學品範圍相當廣，對於液體類產品。依照用途可以分為濕蝕刻、前段製程清洗、微影製程相關化學品和後段光阻去除、後段乾蝕刻/灰化後清洗、化學研磨液和銅電鍍液。
蝕刻
在半導體製程中經過蝕刻來定義圖形以發揮半導體元件的特性。而蝕刻可說是在晶片上先以一層遮蔽層並裸露部分區域(或全部裸露)，將部份或全部的薄膜去除，經過蝕刻後留下所需要的圖案。所謂遮蔽層可為光阻或另一可阻擋蝕刻的材質，通常為光阻或蝕刻率較慢的薄膜。
談論蝕刻時會有幾個基本概念如蝕刻率、選擇比、方向性和etch bias等會先介紹如下
1. Etch rate，為薄膜在單位時間內薄膜蝕刻掉的厚度稱為蝕刻率。對於相同的薄膜，沉積溫度不同、是否有參雜其他離子或沉積方式不同而會有不同的蝕刻率。因此考慮蝕刻率時需要同時考慮薄膜本身。
2. Selectivity，蝕刻薄膜與遮蔽層蝕刻率的比值。分母為需要被蝕刻的薄膜的蝕刻率，分子為遮蔽層的蝕刻率。蝕刻過程中，遮蔽層可以被消耗或蝕刻，有時遮蔽層的蝕刻率也需要控制來確保垂直結構。
3. Directionality，對於蝕刻而言方向性所指為對於不同的方向的蝕刻率的量測，一般以垂直晶片方向的蝕刻率除以晶片水平側向的蝕刻率；若為等方 向性蝕刻( Isotropic etch) 則水平側向的蝕刻率相等，若有側蝕則為非等向性蝕刻( Anisotropic etch)。討論方向性時遮蔽層垂直的結構、是否被蝕刻或消耗或剝離等需一並加以考慮。
4. Etch bias，為水平方向薄膜與原先遮蔽層的差異。與Directionality相同地也需考慮遮蔽層。
在矽半導體製程中所使用的蝕刻製程可以依據蝕刻方式分為乾式與濕式蝕刻。所謂乾式蝕刻為利用特定或混合的氣體在真空及以電漿磁場高能激發增強離子能量來進行物理或化學蝕刻。濕式蝕刻為將晶片浸泡于特定化學溶液中利用化學反應來蝕刻。
濕 蝕刻所指為化學溶液與固體表面產生反應。反應物利用擴散的方式通過一層邊界層 (Boundary layer) 到達固體表面。反應物與表面的分子產生化學反應，生成可溶性或氣體反應物，反應物再經由擴散方式通過邊界層溶解於溶液中。所以整體來看濕蝕刻的重要參數包 括濃度、溫度、反應時間、流體攪拌方式等。
進一步討論又包括反應物與生成物濃度、擴散速率、生成物溶解度、反應方式與速率等。高濃度反應 物則會加速因濃度梯度產生的擴散速率，生成物快速的離開反應表面也會使得蝕刻率加快。當然高溫時化學反應的反應常數及反應物的活性都會增加，攪拌的方式也 會影響質量傳送，如Megasonic agitation，流體流速等。這在輸送現象裡有許多的討論。在此不加贅述。本文會將焦點放在現在常用的蝕刻液與其運用以及一些製程的討論。
一般來說濕蝕刻大多為等向性蝕刻，也就是指各個方向的蝕刻率一致，會導致發生所謂的under cut。遮蔽層有時並不垂直，可能在蝕刻過程中會被消耗或者侵蝕導致圖形輪廓改變。
最 早期線寬相當大時，大多採用而濕蝕刻製程來蝕刻需要去除的薄膜，當線寬不斷的縮小且越來越重視垂直結構時，許多製程就被乾蝕刻所取代了。而現今依然有許多 的製程是使用濕蝕刻的，大多用在較不critical的製程上。主要的好處為設備成本較低、產能較大，一次能處理較多的晶片、具有較高的選擇性、較少的 damage、較高的選擇性。
Wet Chemical etching
Hydro Fluoric acid
最濃氫氟酸的重量百分比( Assay)約49%， 矽半導體中除了矽以外最常見的為氧化矽，通常作為isolation、電容、閘極的重要材料。以濕式蝕刻去除氧化矽最常使用的為氫氟酸，反應如下
Solution
HF + H2O <-> F- + H3O+
HF + F- <-> HF2-
At Silicon surface
2HF2- + 2H3O+ + SiO2 <-> SiF4 + 4H2O
SiF4 + 2HF <-> H2SiF6
我們可以看到 F-離子在與矽反應中並不扮演任何角色。
濕式蝕刻機制為蝕刻液與裸露的薄膜起化學反應生成水溶性的產物(H2SiF6)，而常用蝕刻製程的限制步驟(rate limiting step)為蝕刻液與薄膜表面的反應。
對於氧化矽而言，不同成長方式、成長溫度、是否參雜其他元素會影響其蝕刻率。PECVD所長成的OXIDE的蝕刻率較快、HDP OXIDE蝕刻率較慢、以LPCVD、thermo Oxide的蝕刻率是最慢的。原則上沉積溫度越高 越緻密的氧化矽蝕刻率越慢
在 半導體製程中需要控制穩定且較小的蝕刻率來達到微調或均勻度的控制，會考量適合的蝕刻率，故會使用稀釋過的氫氟酸。一個晶圓代工廠考量配置HF槽時會配置 不同濃度的HF 槽以提供較適合的蝕刻率。在22C下 H2O:HF49% HF體積比100:1 對於Thermal oxide( 850~900C oxidation)的蝕刻率約為27A/min。對於製程線寬不斷的微縮，對於薄膜控制的要求也越大，濕蝕刻製程可控制的均勻度約5%，為了確保製程穩 定性通常業界對於最低需去除厚度約60~80A( 0.18um COMS)的氧化層所需的最稀HF為100:1。最低需去除厚度約20~25A( 0.13um COMS)的氧化層所需的較稀HF為200:1~250:1。使用200:1的diluted Hydrofluoric acid 主要應用於去除native oxide 或經過APM形成的Chemical oxide。實際上矽表面經過HF蝕刻時，其矽本身並不會傷害到，又可以去除表面的氧化物或化學氧化物後，氟原子與表面的矽形成鍵結保護表面的矽原子不被 氧化。有助於控制後續氧化製程的穩定度。生成物SiH2F6於diluted HF中飽和溶解度不高，因此容易形成白色powder累積於管路中，須定期清理。以熱水即可將之去除。
HF於半導體的應用
1. 於SiO2氧化成長前的清洗，會在前處裡前加入此到製程，清除矽晶圓的氧化物，以利控制氧化層的厚度。
2. 在部分製程中有沉積Polysilicon，而此Polysilicon又須與矽表面做接觸時也會在沉積polysilicon前加一道DHF 200:1作為去除影響接觸的氧化物。
3. 部分Silicon或poly silicon乾蝕刻製程後會在表面留下一些 殘留物Residue，這些殘留物為矽氟化合物，也會在O2 plasma處裡後加一到DHF 100:1來去除殘留物。
4. 當部分氧化矽蝕刻後，其結構變得較鬆散，此氧化層的品質並不穩定，也可以利用DHF將受電漿轟擊後的氧化矽去除。
5. HF也會蝕刻氮化矽，業界常在室溫下選擇以49%HF溶液為蝕刻液，多用於控片回收或晶背蝕刻。
6. H2SO4+HF可用於蝕刻BSG 去除。
Buffered Oxide Etchant
在HF 中加入NH4F後形成Buffered HF溶液(BHF)，由於提供足夠的F離子濃度，對SiO2時刻較快的HF2濃度變得較高，使得蝕刻速率加快。此溶液會因為有足夠的F離子濃度，而有較長 的Bath life time。與穩定的蝕刻率。並且提供較高的矽生成物飽和溶解度。另外因為含有NH4離子，因此也會蝕刻矽及多晶矽。在BHF溶液的表面張力較大，且矽蝕刻 後會成為 Hydrophobic 表面，會有溶液滴狀附著舆晶片表面造成區域性過度蝕刻影響均勻性，也又部分製程需要去除Via或Trench結構內的氧化物，所以會在其中加入介面活性 劑，降低表面張力，有效潤濕表面的結果可以達到較佳的均勻性，也不易因表面潤濕性不足而形成微泡致使表面蝕刻不均。
HF+NH4F+ SiO2---(NH4)2SiF6
生成物(NH4)2SiF6容易在管路中形成 白色powder，降低NH4F濃度 或增加HF濃度可增加其溶解度，僅含NH4F濃度約10%的容液生成物溶解度約9% g/100gBHF)，若HF濃度提高至6%，生成物濃度可以提高至13%左右。
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對 於半導體製造中所使用的化學品，強調不純物的濃度。若有金屬殘留在矽晶圓表面，再經過一些熱製程後會讓金屬擴散進入矽晶圓裡。造成不可控制的雜質污染會使 得表面阻值下降。因此如擴散前清洗、薄膜沉積前清洗等都希望能將晶圓表面利用濕式化學清洗將表面微粒、金屬污染物等去除。因此所用的化學品也應使用低金屬 不純物濃度等級。成分清楚部分我們可分無機酸鹼，混酸和有機溶劑、混合溶劑和一些配方化學品如去光阻液、研磨液、化學研磨後清洗液和電鍍液。
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蝕刻
在半導體製程中經過蝕刻來定義圖形以發揮半導體元件的特性。而蝕刻可說是在晶片上先以一層遮蔽層並裸露部分區域(或全部裸露)，將部份或全部的薄膜去除，經過蝕刻後留下所需要的圖案。所謂遮蔽層可為光阻或另一可阻擋蝕刻的材質，通常為光阻或蝕刻率較慢的薄膜。
談論蝕刻時會有幾個基本概念如蝕刻率、選擇比、方向性和etch bias等會先介紹如下
1. Etch rate，為薄膜在單位時間內薄膜蝕刻掉的厚度稱為蝕刻率。對於相同的薄膜，沉積溫度不同、是否有參雜其他離子或沉積方式不同而會有不同的蝕刻率。因此考慮蝕刻率時需要同時考慮薄膜本身。
2. Selectivity，蝕刻薄膜與遮蔽層蝕刻率的比值。分母為需要被蝕刻的薄膜的蝕刻率，分子為遮蔽層的蝕刻率。蝕刻過程中，遮蔽層可以被消耗或蝕刻，有時遮蔽層的蝕刻率也需要控制來確保垂直結構。
3. Directionality，對於蝕刻而言方向性所指為對於不同的方向的蝕刻率的量測，一般以垂直晶片方向的蝕刻率除以晶片水平側向的蝕刻率；若為等方 向性蝕刻( Isotropic etch) 則水平側向的蝕刻率相等，若有側蝕則為非等向性蝕刻( Anisotropic etch)。討論方向性時遮蔽層垂直的結構、是否被蝕刻或消耗或剝離等需一並加以考慮。
4. Etch bias，為水平方向薄膜與原先遮蔽層的差異。與Directionality相同地也需考慮遮蔽層。
在矽半導體製程中所使用的蝕刻製程可以依據蝕刻方式分為乾式與濕式蝕刻。所謂乾式蝕刻為利用特定或混合的氣體在真空及以電漿磁場高能激發增強離子能量來進行物理或化學蝕刻。濕式蝕刻為將晶片浸泡于特定化學溶液中利用化學反應來蝕刻。
濕 蝕刻所指為化學溶液與固體表面產生反應。反應物利用擴散的方式通過一層邊界層 (Boundary layer) 到達固體表面。反應物與表面的分子產生化學反應，生成可溶性或氣體反應物，反應物再經由擴散方式通過邊界層溶解於溶液中。所以整體來看濕蝕刻的重要參數包 括濃度、溫度、反應時間、流體攪拌方式等。
進一步討論又包括反應物與生成物濃度、擴散速率、生成物溶解度、反應方式與速率等。高濃度反應 物則會加速因濃度梯度產生的擴散速率，生成物快速的離開反應表面也會使得蝕刻率加快。當然高溫時化學反應的反應常數及反應物的活性都會增加，攪拌的方式也 會影響質量傳送，如Megasonic agitation，流體流速等。這在輸送現象裡有許多的討論。在此不加贅述。本文會將焦點放在現在常用的蝕刻液與其運用以及一些製程的討論。
一般來說濕蝕刻大多為等向性蝕刻，也就是指各個方向的蝕刻率一致，會導致發生所謂的under cut。遮蔽層有時並不垂直，可能在蝕刻過程中會被消耗或者侵蝕導致圖形輪廓改變。
最 早期線寬相當大時，大多採用而濕蝕刻製程來蝕刻需要去除的薄膜，當線寬不斷的縮小且越來越重視垂直結構時，許多製程就被乾蝕刻所取代了。而現今依然有許多 的製程是使用濕蝕刻的，大多用在較不critical的製程上。主要的好處為設備成本較低、產能較大，一次能處理較多的晶片、具有較高的選擇性、較少的 damage、較高的選擇性。
Wet Chemical etching
Hydro Fluoric acid
最濃氫氟酸的重量百分比( Assay)約49%， 矽半導體中除了矽以外最常見的為氧化矽，通常作為isolation、電容、閘極的重要材料。以濕式蝕刻去除氧化矽最常使用的為氫氟酸，反應如下
Solution
HF + H2O <-> F- + H3O+
HF + F- <-> HF2-
At Silicon surface
2HF2- + 2H3O+ + SiO2 <-> SiF4 + 4H2O
SiF4 + 2HF <-> H2SiF6
我們可以看到 F-離子在與矽反應中並不扮演任何角色。
濕式蝕刻機制為蝕刻液與裸露的薄膜起化學反應生成水溶性的產物(H2SiF6)，而常用蝕刻製程的限制步驟(rate limiting step)為蝕刻液與薄膜表面的反應。
對於氧化矽而言，不同成長方式、成長溫度、是否參雜其他元素會影響其蝕刻率。PECVD所長成的OXIDE的蝕刻率較快、HDP OXIDE蝕刻率較慢、以LPCVD、thermo Oxide的蝕刻率是最慢的。原則上沉積溫度越高 越緻密的氧化矽蝕刻率越慢
在 半導體製程中需要控制穩定且較小的蝕刻率來達到微調或均勻度的控制，會考量適合的蝕刻率，故會使用稀釋過的氫氟酸。一個晶圓代工廠考量配置HF槽時會配置 不同濃度的HF 槽以提供較適合的蝕刻率。在22C下 H2O:HF49% HF體積比100:1 對於Thermal oxide( 850~900C oxidation)的蝕刻率約為27A/min。對於製程線寬不斷的微縮，對於薄膜控制的要求也越大，濕蝕刻製程可控制的均勻度約5%，為了確保製程穩 定性通常業界對於最低需去除厚度約60~80A( 0.18um COMS)的氧化層所需的最稀HF為100:1。最低需去除厚度約20~25A( 0.13um COMS)的氧化層所需的較稀HF為200:1~250:1。使用200:1的diluted Hydrofluoric acid 主要應用於去除native oxide 或經過APM形成的Chemical oxide。實際上矽表面經過HF蝕刻時，其矽本身並不會傷害到，又可以去除表面的氧化物或化學氧化物後，氟原子與表面的矽形成鍵結保護表面的矽原子不被 氧化。有助於控制後續氧化製程的穩定度。生成物SiH2F6於diluted HF中飽和溶解度不高，因此容易形成白色powder累積於管路中，須定期清理。以熱水即可將之去除。
HF於半導體的應用
1. 於SiO2氧化成長前的清洗，會在前處裡前加入此到製程，清除矽晶圓的氧化物，以利控制氧化層的厚度。
2. 在部分製程中有沉積Polysilicon，而此Polysilicon又須與矽表面做接觸時也會在沉積polysilicon前加一道DHF 200:1作為去除影響接觸的氧化物。
3. 部分Silicon或poly silicon乾蝕刻製程後會在表面留下一些 殘留物Residue，這些殘留物為矽氟化合物，也會在O2 plasma處裡後加一到DHF 100:1來去除殘留物。
4. 當部分氧化矽蝕刻後，其結構變得較鬆散，此氧化層的品質並不穩定，也可以利用DHF將受電漿轟擊後的氧化矽去除。
5. HF也會蝕刻氮化矽，業界常在室溫下選擇以49%HF溶液為蝕刻液，多用於控片回收或晶背蝕刻。
6. H2SO4+HF可用於蝕刻BSG 去除。
Buffered Oxide Etchant
在HF 中加入NH4F後形成Buffered HF溶液(BHF)，由於提供足夠的F離子濃度，對SiO2時刻較快的HF2濃度變得較高，使得蝕刻速率加快。此溶液會因為有足夠的F離子濃度，而有較長 的Bath life time。與穩定的蝕刻率。並且提供較高的矽生成物飽和溶解度。另外因為含有NH4離子，因此也會蝕刻矽及多晶矽。在BHF溶液的表面張力較大，且矽蝕刻 後會成為 Hydrophobic 表面，會有溶液滴狀附著舆晶片表面造成區域性過度蝕刻影響均勻性，也又部分製程需要去除Via或Trench結構內的氧化物，所以會在其中加入介面活性 劑，降低表面張力，有效潤濕表面的結果可以達到較佳的均勻性，也不易因表面潤濕性不足而形成微泡致使表面蝕刻不均。
HF+NH4F+ SiO2---(NH4)2SiF6
生成物(NH4)2SiF6容易在管路中形成 白色powder，降低NH4F濃度 或增加HF濃度可增加其溶解度，僅含NH4F濃度約10%的容液生成物溶解度約9% g/100gBHF)，若HF濃度提高至6%，生成物濃度可以提高至13%左右。
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