干法刻蚀技术
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干法刻蚀工艺总结离子束刻蚀机(IBE-150A)背景:利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子,氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击,以达到刻蚀的作用。
把Ar、Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体,然后由栅极将离子呈束状引出并加速,具有一定能量的离子束进入工作室,射向固体表面撞击固体表面原子,使材料原子发生溅射,达到刻蚀目的,属纯物理过程。
技术指标:装片:一片六英寸衬底、或1片四英寸,向下兼容。
抽气速度:30min由ATM到1.0×10-3Pa极限真空度:2×10-4Pa离子能量:300eV-400eVICP刻蚀机(OXFORD ICP 180)背景:通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解,产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面,对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体,又有一定的物理刻蚀作用。
因为等离子体源与射频加速源分离,所以等离子体密度可以更高,加速能力也可以加强,以获得更高的刻蚀速率,以及更好的各向异性刻蚀。
另外,由于该系统使用了Cl基和Br基的刻蚀气体,因此该ICP系统适合于对Ⅲ-Ⅴ族化合物材料进行刻蚀。
技术指标:ICP离子源:0~3000WRF射频源:0~600W装片:1片四英寸,向下兼容基底刻蚀温度:0℃-200℃可调。
刻蚀气体:BCl3、Cl2、HBr、Ar、O2可刻蚀材料包括:GaN、GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料ICP刻蚀机(STS HRM)背景:通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解,产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面,对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体,又有一定的物理刻蚀作用。
因为等离子体源与射频加速源分离,所以等离子体密度可以更高,加速能力也可以加强,以获得更高的刻蚀速率,以及更好的各向异性刻蚀。
该系统使用了F基的刻蚀气体,具有Bosch工艺,适合于对硅材料进行大深宽比刻蚀。
干法刻蚀技术干法刻蚀技术是一种常用于微纳加工领域的表面加工技术。
它通过利用化学反应或物理作用,将材料表面的一部分物质去除,从而实现对材料的精确加工和微纳结构的制备。
干法刻蚀技术具有高精度、高效率和可重复性等优点,因此在微电子、光学器件、生物医学和纳米材料等领域得到广泛应用。
干法刻蚀技术主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。
物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行刻蚀,常见的方法有离子束刻蚀和反应离子刻蚀。
离子束刻蚀是利用高能离子束对材料表面进行轰击,使表面原子或分子脱离并被抛射出去,从而实现刻蚀效果。
反应离子刻蚀则是在离子束刻蚀的基础上引入反应气体,使离子与气体发生化学反应,增加刻蚀速率和选择性。
化学干法刻蚀是利用化学反应将材料表面的物质转化为气体或溶液,从而实现刻蚀效果。
常见的化学干法刻蚀方法有湿法刻蚀和等离子体刻蚀。
湿法刻蚀是将材料浸泡在特定的腐蚀液中,通过化学反应溶解材料表面的物质。
等离子体刻蚀则是利用等离子体中的高能粒子对材料表面进行刻蚀,其刻蚀速率和选择性可以通过调节等离子体参数进行控制。
干法刻蚀技术在微纳加工中具有广泛的应用。
在微电子领域,干法刻蚀技术被用于制备集成电路中的细微结构,如晶体管和电容器等。
在光学器件制造中,干法刻蚀技术可以用于制备光纤、光栅和微透镜等微结构。
在生物医学领域,干法刻蚀技术被应用于制备微流控芯片和生物传感器等微器件。
此外,干法刻蚀技术还可以用于制备纳米材料,如纳米线、纳米颗粒和纳米孔等。
干法刻蚀技术的发展离不开对材料表面和刻蚀过程的深入研究。
科学家们通过对材料表面的分析和刻蚀机理的探索,不断改进和优化干法刻蚀技术,提高其加工精度和效率。
同时,随着纳米科技的快速发展,对于更小尺寸和更高精度的微纳结构的需求也在不断增加,这对干法刻蚀技术提出了更高的要求。
干法刻蚀技术作为一种重要的微纳加工技术,在各个领域都发挥着重要作用。
通过不同的刻蚀方式和参数的调节,可以实现对材料的精确加工和微纳结构的制备。
sinx干法刻蚀工艺一、引言干法刻蚀工艺是一种常用于微电子制造中的重要工艺,被广泛应用于半导体器件、光电子器件以及微纳加工领域。
其中,sinx干法刻蚀工艺是一种常见且重要的技术,本文将对其原理、工艺流程以及应用进行介绍。
sinx干法刻蚀工艺是基于化学气相刻蚀技术实现的。
其主要原理是通过将硅表面暴露于含有氟气和氧气的刻蚀气体环境中,形成硅氧化物(SiOx)层,而后使用氟气将其刻蚀去除。
由于刻蚀速率与刻蚀气体的浓度、温度、压力等因素相关,因此可以通过调节这些参数来控制刻蚀速率和刻蚀深度,从而实现对硅表面的精确刻蚀。
三、sinx干法刻蚀工艺流程sinx干法刻蚀工艺主要包括前处理、刻蚀和后处理三个步骤。
1. 前处理:首先需要对待刻蚀的硅表面进行清洗,以去除表面的杂质和有机物。
常用的清洗方法包括酸洗、碱洗和超声清洗等。
清洗后,将硅片放入刻蚀室中,进行真空抽取和预热处理。
2. 刻蚀:在刻蚀室中,加入刻蚀气体,常用的刻蚀气体有氟化氢(HF)和氟化氮(NF3)等。
调节刻蚀气体的流量、温度和压力等参数,控制刻蚀速率和刻蚀深度。
刻蚀过程中,通过监测刻蚀速率以及表面形貌等参数,进行实时调节和控制。
3. 后处理:刻蚀完成后,需要对刻蚀后的硅片进行清洗和去除刻蚀残留物。
然后,进行表面抛光和再清洗等步骤,以保证硅片表面的光洁度和无尘污。
最后,进行检测和质量控制,确保刻蚀工艺的稳定性和一致性。
四、sinx干法刻蚀工艺应用sinx干法刻蚀工艺在微电子制造中有着广泛的应用。
主要应用于制备硅氧化物(SiOx)薄膜,用于制作MOS场效应晶体管、光电子器件和微纳加工等领域。
此外,sinx干法刻蚀工艺还可以用于制备硅纳米线、纳米孔洞和微纳结构等,用于研究和应用于纳米器件和生物传感器等领域。
五、总结sinx干法刻蚀工艺是一种重要的微电子制造工艺,通过调节刻蚀气体的浓度、温度和压力等参数,可以实现对硅表面的精确刻蚀。
该工艺应用广泛,可用于制备硅氧化物薄膜和制作各种微纳器件。
干法刻蚀的注意事项干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,适用于制备微细结构、纳米器件等。
它通过在物体表面施加化学反应,溶解掉不需要的材料,从而形成所需的结构。
然而,干法刻蚀过程需要注意一些事项,以确保刻蚀效果的准确性和稳定性。
选择合适的刻蚀气体和气体流量非常重要。
刻蚀气体的选择应根据所需刻蚀材料的特性来确定。
常用的刻蚀气体有氧气、氮气、氟化氢等。
气体流量的设置应根据刻蚀速率和所需刻蚀深度来确定,过大的气体流量可能导致刻蚀不均匀,而过小的气体流量则会延长刻蚀时间。
控制刻蚀时间和温度也是很重要的。
刻蚀时间的长短直接影响着刻蚀深度,因此需要根据所需结构的厚度来确定刻蚀时间。
同时,刻蚀温度的选择也应根据所用刻蚀气体和材料特性来确定,过高的温度可能导致刻蚀速率过快,而过低的温度则会影响刻蚀效果。
选择合适的刻蚀设备和工艺参数也是必要的。
刻蚀设备的类型和性能会直接影响到刻蚀效果和稳定性。
在选择设备时,需要考虑到刻蚀深度的要求、刻蚀速率的控制等因素。
同时,要合理设置工艺参数,如功率、频率、电压等,以保证刻蚀过程的稳定性和可控性。
还需要注意刻蚀后的清洗和处理工作。
刻蚀过程中会产生大量的副产物和残留物,如果不及时清洗和处理,可能会对下一步工艺步骤产生影响。
因此,在刻蚀后需要进行适当的清洗和处理,以确保刻蚀表面的干净和平整。
安全操作也是刻蚀过程中需要注意的事项之一。
刻蚀过程中常常涉及到有毒气体和腐蚀性液体,因此必须严格按照操作规程进行操作。
需要戴好防护眼镜、手套等个人防护装备,确保自身安全。
干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,但在进行刻蚀过程中需要注意一些事项,以确保刻蚀效果的准确性和稳定性。
选择合适的刻蚀气体和气体流量、控制刻蚀时间和温度、选择合适的刻蚀设备和工艺参数、注意刻蚀后的清洗和处理工作,以及安全操作,都是需要重视的。
只有做到这些,才能在干法刻蚀过程中取得理想的效果。
纳米刻蚀工艺是纳米制造中的一项关键技术,它通过物理或化学方法去除材料,以达到制造纳米级别结构的目的。
在纳米刻蚀工艺中,干法刻蚀和湿法刻蚀是两种主要的刻蚀方法,它们各自具有不同的特点,也适用于不同的应用场景。
首先,让我们来看看干法刻蚀。
在干法刻蚀中,我们通常使用物理手段如离子刻蚀、反应离子刻蚀(RIE)、机械研磨等。
这些方法的主要优点是刻蚀速度快,对材料的兼容性好,能够处理各种不同类型的材料。
然而,这种方法也存在一些缺点。
首先,它对设备的要求较高,需要专门的设备和技术支持。
其次,由于其刻蚀过程中可能产生微小碎片,因此在处理敏感材料时需要特别小心。
此外,干法刻蚀对于深宽比的保持相对较差,即对同一尺寸的图形,干法刻蚀可能需要更大的实际面积。
接下来是湿法刻蚀,这种方法主要利用化学反应来去除材料。
常见的湿法刻蚀技术包括化学腐蚀、等离子体腐蚀等。
与干法刻蚀相比,湿法刻蚀对许多材料具有更强的兼容性,特别是在高分子材料和绝缘材料上。
此外,湿法刻蚀在处理大面积样品时更具优势,因为它不需要精确的定位和设备支持。
然而,湿法刻蚀也存在一些问题,如腐蚀液的选择和配比需要严格控制,以及对一些材料可能产生过敏反应的风险。
而且,湿法刻蚀的刻蚀深度较浅,对于深结构可能无法达到预期的刻蚀效果。
总的来说,干法刻蚀和湿法刻蚀各有优缺点,适用于不同的应用场景。
在选择使用哪种方法时,我们需要考虑待处理材料的性质、刻蚀速度的需求、设备的可用性以及成本等因素。
而且,随着技术的进步,我们期待在未来看到更多创新的纳米刻蚀方法出现,以满足更复杂、更高精度的纳米制造需求。
干法刻蚀去除硬化光刻胶的原理
干法刻蚀去除硬化光刻胶的原理主要是利用等离子体放电产生的活性粒子与光刻胶中的化学物质发生反应,使光刻胶发生降解或挥发,从而实现对光刻胶的去除。
具体来说,干法刻蚀过程通常包括以下几个步骤:
1. 预处理:在刻蚀之前,通常需要对光刻胶进行预处理,如表面清洗、烘干等,以去除光刻胶表面的杂质和水分,提高刻蚀效果。
2. 放电激活:通过施加高能电子或离子束等手段,使光刻胶表面产生等离子体放电,激活光刻胶中的化学物质。
3. 反应降解:在等离子体放电的作用下,光刻胶中的化学物质与活性粒子发生反应,形成挥发性物质,从而实现对光刻胶的去除。
4. 刻蚀速率控制:通过调节放电参数、刻蚀气体种类和压力等条件,可以控制刻蚀速率,实现对光刻胶的精细刻蚀。
5. 刻蚀后处理:刻蚀完成后,需要进行后处理,如清洗、烘干等,以去除残留的光刻胶和刻蚀产物,提高刻蚀效果。
干法刻蚀去除硬化光刻胶具有高分辨率、高纵横比、高刻蚀速率等优点,广泛应用于微电子制造、光电子制造等领域。
drie干法蚀刻原理DRIE(双极型反应离子刻蚀,Deep Reactive Ion Etching)干法蚀刻是一种高精度的微纳米加工技术,广泛应用于半导体、微电子器件、MEMS、光电子、生命科学等领域。
其优点在于可控制深度、垂直性和纵横比高。
下面简单介绍一下DRIE干法蚀刻的原理:1. 反应离子蚀刻(RIE)过程DRIE干法蚀刻依靠的是反应离子蚀刻(RIE)过程,其主要特点是等离子体与刻蚀表面间存在的反应物质的反应,最终产生气相或溶液中的物质,同时释放出反应所需要的新的原子或离子。
通过反应离子蚀刻过程,可以高效地完成微细结构的制备。
2. 阴极自我吸引(CIA)效应在DRIE干法蚀刻中,阴极自我吸引效应(CIA,Cathode Self-Biasing)是非常重要的。
当反应离子轰击刻蚀的地方产生电荷,从而形成电场。
电子在电场的吸引下会聚集到阴极上,使其形成一个更负的电位(负自我吸引)。
这意味着氢氟酸(HF)分子在撞击阴极表面后能够更容易地分解并产生反应,从而促进刻蚀过程。
3. 冲击产生等离子体DRIE干法蚀刻采用了高能量电离辉光放电(HEDP)的方式产生等离子体。
这种放电方式可以使气体在较低的压力下进行电离,从而产生高浓度的反应物,以保持较高的刻蚀速率和质量。
4. 双极金属反应DRIE干法蚀刻使用阴极和阳极的双金属反应体系,这种体系可以形成一种稳定的化学反应,可以产生氟化物(F^-)和钨酸根(WO4^-2 )等反应物,以加速刻蚀过程。
在DRIE干法蚀刻过程中,通过调节工艺参数如气体流速,功率密度等,可以控制反应离子轰击材料表面的能量和反应速率,有效地实现高精度加工的控制。
总之,DRIE干法蚀刻的原理是基于反应离子蚀刻、阴极自我吸引效应、等离子体和双极金属反应体系。
可以实现高精度和高质量的微纳米结构制备,是微纳加工领域中的一项重要技术。
硅的干法刻蚀
硅的干法刻蚀是指在不使用任何化学试剂或溶液的情况下,通过加热和压力来破坏材料表面的氧化层,从而获得所需要的物质。
这种方法通常被称为“空气刻蚀”或“空气刀片”。
干法刻蚀技术已经广泛应用于各个领域,包括半导体、光伏电池等。
它可以用于制造芯片上的多晶硅(Si)层,也可以用于清除表面的杂质和污染物,如氧化物、金属残留物等。
此外,干法刻蚀还能够提高器件性能并降低生产成本。
然而,由于缺乏实验室测试设备,人们对于干法刻蚀技术的了解仍然有限。
因此,在进行干法刻蚀操作之前,建议先进行实验室测试,确保其安全性和可靠性。
同时,在操作过程中,应严格遵守相关规范和标准,避免出现意外事故。
干法刻蚀原理干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,它通过化学气相沉积和干法刻蚀两个基本步骤来实现对材料表面的加工。
在干法刻蚀中,刻蚀气体和反应产物都以气态存在,不需要溶液的介入,因此得名“干法刻蚀”。
干法刻蚀技术广泛应用于半导体、光电子器件、生物芯片等领域,对于微纳加工领域具有重要意义。
干法刻蚀的原理主要包括两个方面,刻蚀气体的选择和刻蚀过程的控制。
首先,刻蚀气体的选择对于干法刻蚀的效果至关重要。
刻蚀气体通常是一种活性气体,比如氟化氢、氯气、氧气等,它们能够与被刻蚀材料发生化学反应,形成气态的产物,从而实现对材料表面的刻蚀。
其次,刻蚀过程的控制也是干法刻蚀的关键。
在刻蚀过程中,需要控制刻蚀气体的流量、压力、温度等参数,以及对被刻蚀材料的表面进行保护,避免不必要的刻蚀损伤。
在干法刻蚀中,刻蚀气体与被刻蚀材料表面发生化学反应,生成气态的产物,然后被抽走,从而实现对材料表面的刻蚀。
这种刻蚀过程具有很高的选择性,能够实现对特定材料的精确加工。
同时,干法刻蚀还具有高速、高效、低污染等优点,适用于对微细结构的加工。
因此,干法刻蚀技术在微纳加工领域得到了广泛的应用。
需要指出的是,干法刻蚀也存在一些局限性。
首先,刻蚀气体的选择和刻蚀过程的控制对于刻蚀效果有着至关重要的影响,需要经过一定的工艺优化和参数调整。
其次,干法刻蚀的刻蚀速率通常较低,对于一些需要大面积刻蚀的应用来说,可能不太适用。
因此,在实际应用中需要根据具体的加工要求选择合适的加工技术。
总的来说,干法刻蚀作为一种重要的微纳加工技术,具有很高的加工精度和选择性,广泛应用于半导体、光电子器件、生物芯片等领域。
随着微纳加工技术的不断发展,相信干法刻蚀技术在未来会有更广阔的应用前景。
干法刻蚀原理干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术,广泛应用于集成电路制造、微纳米器件制备等领域。
干法刻蚀是指在无液体介质的条件下,利用化学气相反应或物理能量加工材料表面的过程。
本文将介绍干法刻蚀的原理及其在微纳加工中的应用。
干法刻蚀的原理主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。
物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行加工,常见的有离子束刻蚀、反应离子刻蚀等。
而化学干法刻蚀则是通过化学气相反应来实现对材料的加工,包括等离子体刻蚀、化学气相沉积等。
在物理干法刻蚀中,离子束刻蚀是一种常见的方法。
离子束刻蚀是利用高能离子轰击材料表面,使其发生物理或化学变化,从而实现对材料的加工。
通过控制离子束的能量、角度和注入时间,可以实现对材料表面的精细加工。
在化学干法刻蚀中,等离子体刻蚀是一种常用的方法。
等离子体刻蚀是利用等离子体中的活性粒子对材料表面进行化学反应,从而实现对材料的加工。
通过控制等离子体中的成分和反应条件,可以实现对材料的高精度加工。
干法刻蚀在微纳加工中具有重要的应用价值。
首先,干法刻蚀可以实现对材料的高精度加工,可以制备出尺寸精密、表面光滑的微纳器件。
其次,干法刻蚀可以实现对材料的选择性加工,可以在不同材料之间实现清晰的界面。
最后,干法刻蚀可以实现对材料的大面积加工,可以满足大规模生产的需求。
总的来说,干法刻蚀是一种重要的微纳加工技术,具有高精度、选择性和大面积加工的优势。
在未来的微纳加工中,干法刻蚀将继续发挥重要作用,推动微纳器件的发展和应用。
干法蚀刻原理干法蚀刻是一种基于化学反应进行材料加工的技术,通过气相中的化学反应来控制材料表面的加工,是一种高精度微纳加工技术。
干法蚀刻主要应用于半导体和微电子制造工艺中,可以用于制备芯片、微电子器件、MEMS和光学器件等。
干法蚀刻原理是基于气相反应原理,主要是通过离子束或者反应性气体在材料表面发生的化学反应来实现微观结构的加工。
在干法蚀刻中,反应气体一般为电离态,进入蚀刻室后被加速成高能量离子束,然后当离子束撞击目标材料表面时,会产生能量转移,从而使目标材料表面的化学键发生断裂产生反应。
当反应物进一步扩散到目标材料表面时会发生化学反应,生成新的化合物并释放气体产物。
这个过程中材料表面产生了各种化学反应,从而产生了微观的空洞和分子结构变化,实现了微细结构加工的效果。
干法蚀刻技术主要分为两种类型:物理性干法蚀刻和化学性干法蚀刻。
物理性干法蚀刻主要是利用粒子束对材料表面进行削除加工,常用的物理性干法蚀刻包括离子束刻蚀、反应离子束刻蚀、电子束刻蚀等。
化学性干法蚀刻则是利用反应性气体来实现化学反应加工,常用的化学性干法蚀刻包括等离子刻蚀、化学气相沉积、反应性离子束沉积等。
等离子体刻蚀是一种最常用的化学性干法蚀刻技术,它主要是在高频或微波磁场的作用下产生高温、高压、高电位的等离子体,将反应气体激发成离子状态,并在等离子体的作用下进行材料表面的化学反应。
等离子体刻蚀是一种高效的微米级结构加工方法,可用于制造微型元件、微流体芯片、光学器件、生物芯片等领域。
化学气相沉积是干法蚀刻技术的另一种重要应用,它是利用反应性气体在表面反应沉积出薄膜来制备材料。
化学气相沉积过程主要是利用气体中的化学成分,在材料表面上发生化学反应,使薄膜有自组装和自组织的特性,从而自行组成所需要的形状和特性。
总之,干法蚀刻原理是利用物理性和化学性干法蚀刻技术来实现微米、纳米级结构加工的一种高精度微纳加工技术,这种技术的应用领域很广,包括微型元件、微流体芯片、光学器件、生物芯片等领域。
oled 干法刻蚀原理
有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode, OLED)是一种新型的显示技术,具有高亮度、快速响应、自发光等优势,被广泛应用于智能手机、电视、电子看板等各种显示设备中。
其中干法刻蚀是一种常用的OLED制造工艺,下面将介
绍其原理。
干法刻蚀原理基于物理气相法,通过在真空环境中将刻蚀源材料(如氯化锌、
氧化镁等)加热,产生高能量的刻蚀物质。
这些高能量的刻蚀物质会通过离子束或分子束的形式瞄准OLED基板上的特定区域。
在接触OLED基板上的目标材料时,刻蚀物质会引发化学反应,使目标材料被剥离或蚀刻掉。
干法刻蚀的关键是通过控制刻蚀源材料的加热温度、离子束/分子束的能量和
角度等参数来实现对目标材料的精确刻蚀。
这个过程需要在严格的真空环境中进行,以防止空气中的杂质对刻蚀过程的干扰。
干法刻蚀在OLED制造中扮演着重要的角色。
它可以用于去除非活性材料、修饰电极形状、刻蚀有机发光层以及形成亚像素结构等。
通过精确控制刻蚀参数,可以实现高精度的图案形成,并提高显示设备的品质和性能。
总的来说,干法刻蚀是一种关键的OLED制造工艺,它通过在真空环境中利用高能量的刻蚀物质对OLED基板进行刻蚀,实现对目标材料的精确控制。
这种工
艺的应用可以提高显示设备的品质和性能,推动OLED技术的发展。
蚀刻技术最早的蚀刻技术是利用特定的溶液与薄膜间所进行的化学反应来去除薄膜未被光阻覆盖的部分,而达到蚀刻的目的,这种蚀刻方式也就是所谓的湿式蚀刻。
因为湿式蚀刻是利用化学反应来进行薄膜的去除,而化学反应本身不具方向性,因此湿式蚀刻过程为等向性,一般而言此方式不足以定义3微米以下的线宽,但对于3微米以上的线宽定义湿式蚀刻仍然为一可选择采用的技术。
湿式蚀刻之所以在微电子制作过程中被广泛的采用乃由于其具有低成本、高可靠性、高产能及优越的蚀刻选择比等优点。
但相对于干式蚀刻,除了无法定义较细的线宽外,湿式蚀刻仍有以下的缺点:1) 需花费较高成本的反应溶液及去离子水;2) 化学药品处理时人员所遭遇的安全问题;3) 光阻附着性问题;4) 气泡形成及化学蚀刻液无法完全与晶圆表面接触所造成的不完全及不均匀的蚀刻;5) 废气及潜在的爆炸性。
湿式蚀刻过程可分为三个步骤:1) 化学蚀刻液扩散至待蚀刻材料之表面;2) 蚀刻液与待蚀刻材料发生化学反应; 3) 反应后之产物从蚀刻材料之表面扩散至溶液中,并随溶液排出(3)。
三个步骤中进行最慢者为速率控制步骤,也就是说该步骤的反应速率即为整个反应之速率。
大部份的蚀刻过程包含了一个或多个化学反应步骤,各种形态的反应都有可能发生,但常遇到的反应是将待蚀刻层表面先予以氧化,再将此氧化层溶解,并随溶液排出,如此反复进行以达到蚀刻的效果。
如蚀刻硅、铝时即是利用此种化学反应方式。
湿式蚀刻的速率通常可藉由改变溶液浓度及温度予以控制。
溶液浓度可改变反应物质到达及离开待蚀刻物表面的速率,一般而言,当溶液浓度增加时,蚀刻速率将会提高。
而提高溶液温度可加速化学反应速率,进而加速蚀刻速率。
除了溶液的选用外,选择适用的屏蔽物质亦是十分重要的,它必须与待蚀刻材料表面有很好的附着性、并能承受蚀刻溶液的侵蚀且稳定而不变质。
而光阻通常是一个很好的屏蔽材料,且由于其图案转印步骤简单,因此常被使用。
但使用光阻作为屏蔽材料时也会发生边缘剥离或龟裂的情形。
边缘剥离乃由于蚀刻溶液的侵蚀,造成光阻与基材间的黏着性变差所致。
解决的方法则可使用黏着促进剂来增加光阻与基材间的黏着性,如Hexamethyl-disilazane (HMDS)。
龟裂则是因为光阻与基材间的应力差异太大,减缓龟裂的方法可利用较具弹性的屏蔽材质来吸收两者间的应力差。
蚀刻化学反应过程中所产生的气泡常会造成蚀刻的不均匀性,气泡留滞于基材上阻止了蚀刻溶液与待蚀刻物表面的接触,将使得蚀刻速率变慢或停滞,直到气泡离开基材表面。
因此在这种情况下会在溶液中加入一些催化剂增进蚀刻溶液与待蚀刻物表面的接触,并在蚀刻过程中予于搅动以加速气泡的脱离。
以下将介绍半导体制程中常见几种物质的湿式蚀刻:硅、二氧化硅、氮化硅及铝。
5-2-1 硅的湿式蚀刻在半导体制程中,单晶硅与复晶硅的蚀刻通常利用硝酸与氢氟酸的混合液来进行。
此反应是利用硝酸将硅表面氧化成二氧化硅,再利用氢氟酸将形成的二氧化硅溶解去除,反应式如下:Si + HNO3 + 6HF à H2SiF6 + HNO2 + H2 + H2O上述的反应中可添加醋酸作为缓冲剂(Buffer Agent),以抑制硝酸的解离。
而蚀刻速率的调整可藉由改变硝酸与氢氟酸的比例,并配合醋酸添加与水的稀释加以控制。
在某些应用中,常利用蚀刻溶液对于不同硅晶面的不同蚀刻速率加以进行(4)。
例如使用氢氧化钾与异丙醇的混合溶液进行硅的蚀刻。
这种溶液对硅的(100)面的蚀刻速率远较(111)面快了许多,因此在(100)平面方向的晶圆上,蚀刻后的轮廓将形成V型的沟渠,如图5-2所示。
而此种蚀刻方式常见于微机械组件的制作上。
2 二氧化硅的湿式蚀刻在微电子组件制作应用中,二氧化硅的湿式蚀刻通常采用氢氟酸溶液加以进行(5)。
而二氧化硅可与室温的氢氟酸溶液进行反应,但却不会蚀刻硅基材及复晶硅。
反应式如下:SiO2 + 6HF=H2 + SiF6 + 2H2O由于氢氟酸对二氧化硅的蚀刻速率相当高,在制程上很难控制,因此在实际应用上都是使用稀释后的氢氟酸溶液,或是添加氟化铵作为缓冲剂的混合液,来进行二氧化硅的蚀刻。
氟化铵的加入可避免氟化物离子的消耗,以保持稳定的蚀刻速率。
而无添加缓冲剂氢氟酸蚀刻溶液常造成光阻的剥离。
典型的缓冲氧化硅蚀刻液(BOE : Buffer Oxide Etcher)(体积比6:1之氟化铵(40%)与氢氟酸(49%))对于高温成长氧化层的蚀刻速率约为1000Å/min。
在半导体制程中,二氧化硅的形成方式可分为热氧化及化学气相沉积等方式;而所采用的二氧化硅除了纯二氧化硅外,尚有含有杂质的二氧化硅如BPSG 等。
然而由于这些以不同方式成长或不同成份的二氧化硅,其组成或是结构并不完全相同,因此氢氟酸溶液对于这些二氧化硅的蚀刻速率也会不同。
但一般而言,高温热成长的氧化层较以化学气相沉积方式之氧化层蚀刻速率为慢,因其组成结构较为致密。
5-2-3氮化硅的湿式蚀刻氮化硅可利用加热至180°C的磷酸溶液(85%)来进行蚀刻(5)。
其蚀刻速率与氮化硅的成长方式有关,以电浆辅助化学气相沉积方式形成之氮化硅,由于组成结构(SixNyHz相较于Si3N4) 较以高温低压化学气相沉积方式形成之氮化硅为松散,因此蚀刻速率较快许多。
但在高温热磷酸溶液中光阻易剥落,因此在作氮化硅图案蚀刻时,通常利用二氧化硅作为屏蔽。
一般来说,氮化硅的湿式蚀刻大多应用于整面氮化硅的剥除。
对于有图案的氮化硅蚀刻,最好还是采用干式蚀刻为宜。
5-2-4铝的湿式蚀刻铝或铝合金的湿式蚀刻主要是利用加热的磷酸、硝酸、醋酸及水的混合溶液加以进行(1)。
典型的比例为80%的磷酸、5%的硝酸、5%的醋酸及10%的水。
而一般加热的温度约在35°C-45°C左右,温度越高蚀刻速率越快,一般而言蚀刻速率约为1000-3000 Å /min,而溶液的组成比例、不同的温度及蚀刻过程中搅拌与否都会影响到蚀刻的速率。
蚀刻反应的机制是藉由硝酸将铝氧化成为氧化铝,接着再利用磷酸将氧化铝予以溶解去除,如此反复进行以达蚀刻的效果。
在湿式蚀刻铝的同时会有氢气泡的产生,这些气泡会附着在铝的表面,而局部地抑制蚀刻的进行,造成蚀刻的不均匀性,可在蚀刻过程中予于搅动或添加催化剂降低接口张力以避免这种问题发生电浆蚀刻简介自1970年代以来组件制造首先开始采用电浆蚀刻技术,对于电浆化学新的了解与认知也就蕴育而生。
在现今的集成电路制造过程中,必须精确的控制各种材料尺寸至次微米大小且具有极高的再制性,而由于电浆蚀刻是现今技术中唯一能极有效率地将此工作在高良率下完成,因此电浆蚀刻便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。
电浆蚀刻主要应用于集成电路制程中线路图案的定义,通常需搭配光阻的使用及微影技术,其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻:应用于定义主动区;2) 复晶硅化物/复晶硅(Polycide/Poly)蚀刻:应用于定义闸极宽度/长度;3) 复晶硅(Poly)蚀刻:应用于定义复晶硅电容及负载用之复晶硅;4) 间隙壁(Spacer)蚀刻:应用于定义LDD宽度;5) 接触窗(Contact)及引洞(Via)蚀刻:应用于定义接触窗及引洞之尺寸大小;6) 钨回蚀刻(Etch Back):应用于钨栓塞(W-Plug)之形成;7) 涂布玻璃(SOG)回蚀刻:应用于平坦化制程;8) 金属蚀刻:应用于定义金属线宽及线长;9) 接脚(Bonding Pad) 蚀刻等。
影响电浆蚀刻特性好坏的因素包括了:1) 电浆蚀刻系统的型态;2) 电浆蚀刻的参数;3) 前制程相关参数,如光阻、待蚀刻薄膜之沉积参数条件、待蚀刻薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。
5-3-2何谓电浆?基本上电浆是由部份解离的气体及等量的带正、负电荷粒子所组成,其中所含的气体具高度的活性,它是利用外加电场的驱动而形成,并且会产生辉光放电(Glow Discharge)现象。
蚀刻用的电浆中,气体的解离程度很低,通常在10-5-10-1之间,在一般的电浆或活性离子反应器中气体的解离程度约为10-5-10-4,若解离程度到达10-3-10-1则属于高密度电浆。
5-3-3电浆形成之原理电浆的产生可藉由直流(DC)偏压或交流射频(RF)偏压下的电场形成,如图5-3所示,而在电浆中的电子来源通常有二:一为分子或原子解离后所产生的电子,另一则为离子撞击电极所产生的二次电子(Secondary Electron),在直流(DC)电场下产生的电浆其电子源主要以二次电子为主,而交流射频(RF)电场下产生的电浆其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。
在电浆蚀刻中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了:1) 需要较高的功率消耗,也就是说产生的离子密度低;2) 须要以离子撞击电极以产生二次电子,如此将会造成电极材料的损耗;3) 所需之电极材料必须为导体。
如此一来将不适用于晶圆制程中。
在射频放电(RF Discharge)状况下,由于高频操作,使得大部份的电子在半个周期内没有足够的时间移动至正电极,因此这些电子将会在电极间作振荡,并与气体分子产生碰撞。
而射频放电所需的振荡频率下限将视电极间的间距、压力、射频电场振幅的大小及气体分子的解离位能等因素而定,而通常振荡频率下限为50kHz。
一般的射频系统所采用的操作频率大都为13.56MHz。
相较于直流放电,射频放电具有下列优点:1) 放电的情况可一直持续下去而无需二次电子的发射,当晶圆本身即为电极的一部份时,这点对半导体材料制程就显得十分重要了;2) 由于电子来回的振荡,因此离子化的机率大为提升,蚀刻速率可因而提升;3) 可在较低的电极电压下操作,以减低电浆对组件所导致之损坏;4) 对于介电质材料同样可以运作。
现今所有的电浆系统皆为射频系统。
另外值得一提的是在射频系统中一个重要的参数是供给动力的电极面积与接地电极面积之比。
5-3-4等效电子及离子温度存在于电浆中的电场分别施力于带正电荷之离子与代负电荷之电子,F=E*q ,而加速度a=F/M,由于离子质量远大于电子,因此电子所获得的加速度与速度将远大于离子,以致电子的动能远大于离子,电子与离子间处于一非平衡状态。
从气体动力论中,得知Ekinetic = (3/2) kT,由此可知,等效电子温度远大于等效离子温度,如此可视为“热”电子处于“冷”电浆之中。
因此电子能够在低温的状态下提供一般在高温下才能使分子解离所需要的能量。
在一般蚀刻用的电浆中,等效的电子温度约为10000 - 100000°K。
5-3-5电浆蚀刻中的基本物理及化学现象在干式蚀刻中,随着制程参数及电浆状态的改变,可以区分为两种极端的性质的蚀刻方式,即纯物理性蚀刻与纯化学反应性蚀刻。