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ETCHING技术

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蚀刻(Etching)概念简介
一. 前言:
集成电路(IC)的制造流程,犹如一场精致细密的建筑结构施工,建筑师(Designer & Device Owner)将设计蓝图(LayOut)和施工流程(Process Flow)设计出来,经过工程部门(模块Module)制定施工法则(Setup Process)后,交由施工单位(制造部MFG)来执行建筑工事.
空白的硅晶圆就像一块平整的大工地,经过不断的整地(平坦化;离子植入),灌浆混沙填土上钢架(薄膜沉积),再经过砌墙挖坑打洞筑沟(显影&蚀刻)等重复的制程(Process),一层一层堆栈而上,制作成拥有复杂结构和完善功能的集成电路.
“晶圆”这块”工地”有多大呢? 这个超现代”工地”的大小尺吋演进,正代表着人类科技突飞猛进的新里程碑.从三吋晶圆到目前的十二吋晶圆,可用面积增加了16倍,在一个process cycle 后,晶粒产出量也提升了数十倍.
基本上,一套Process flow约需经过数百个不同步骤(step),耗时一,二个月才得以完成.而模块(Module)工程师的任务就是负责开发(Setup),维护(Maintain)和改良(Improve)各个步骤.而蚀刻模块在这项工事中占有不可或缺的重要角色.本章将针对蚀刻制程作一简略介绍.
二. 蚀刻技术概论:
集成电路的制造需要在晶圆上做出极细微尺寸的图案(Pattern).而这些图案最主要的形成方式,乃是使用蚀刻(Etching)技术,将微影(Lithography)技术所产生的光阻图形,无论是线(Line),面(EtchBack)或是孔洞(Hole),以化学腐蚀反应(Chemical)的方式，或物理撞击(Physical)的方式，或上述两种方式的综合，忠实无误的移转到薄膜上,以定义出整个集成电路所需的复杂结构.
下图是最基本的集成电路制作流程(Process Flow):
a. 薄膜沉积(Film Deposition)
b. 蚀刻制程(Etching)
& 微影制程(Photo Lithography)
2-1. 湿蚀刻(Wet Etching)与干蚀刻(Dry Etching):
蚀刻方式主要分成湿蚀刻(Wet Etching)与干蚀刻(Dry Etching)两种方式.早期半导体制程是使用湿蚀刻的方法,也就是利用合适的化学溶液,腐蚀所要蚀刻的材质未被光阻覆盖的部分,并在完成蚀刻反应后,由溶液带走腐蚀物。

湿蚀刻的进行主要是凭借溶液与欲蚀刻材质之间的化学反应,因此,可调配出蚀刻速率适当,以及欲蚀刻材质对光阻与下层材质的良好蚀刻选择比.
然而,当集成电路中的组件尺寸愈作愈小时,由于化学反应没有方向性,所以湿蚀刻是等向性(Isotropic)的,会有侧向的蚀刻,而产生Undercut现象,导致组件线宽失真.因此,逐渐被干蚀刻所取代.
干蚀刻法概略而言即所谓电浆蚀刻(Plasma Etching).所谓电浆(Plasma)是气体分子被激发或解离后处于崩溃(Breakdown) 状态下的一种现象,它可称为是一种第四状态的物质(气态,液态,固态之外),在电浆的环境中,组成包含带电荷离子(Charged Ions),原子团(Radicals),分子(Molecules)及电子(electrons)…等.
电浆蚀刻即利用气体分子或其产生的离子自由基，对晶圆上的材质同时进行物理式撞击溅蚀及化学反应,来移除欲蚀刻部份。

被蚀刻的物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离。

干蚀刻和湿蚀刻的比较:
干式蚀刻法的主要优点是可以进行所谓的非等向性蚀刻,获得良好的尺寸控制，对集成电路而言，组件尺寸的控制可以得到不错的效果。

而湿式蚀刻法会造成严重的侧向腐蚀的现象，显著地限制了组件尺寸向微细化的发展。

2-2. 等向蚀刻(Isotropic Etch)与非等向蚀刻(Anisotropic Etch):
一般蚀刻技术可分为等向性(Isotropic)与非等向性(Anisotropic)两种，其蚀刻形成的形状如图所示。

等向性蚀刻表示横向和纵向之蚀刻率相同，非等向性蚀刻则为横向性蚀刻率很慢或为0,因此,可较完美调控蚀刻截面轮廓(Etch Profile)和线宽(CD Control)。

2-3. 干蚀刻反应方式:依蚀刻产生之原理而分为化学性蚀刻(Chemical Etching),物理性蚀刻(Physical Etching)和两者综合之蚀刻方式(RIE).
a.化学性蚀刻(Chemical Etching):主要介由Plasma产生的原子团(Radicals)或反应性(Reactive)离子与薄膜间产生活性化学反应进行蚀刻.其特性为较Isotropic Etch, Profile Control 不易.
b.物理性蚀刻(Physical Etching):当带正电荷离子被电浆与阴极电极板间的电位差所加速,而轰击电极板表面,这种现象称为”离子轰击”(Ion Bonbardment).将芯片放置于阴极电极板上,利用加速离子对表面薄膜轰击以进行蚀刻,称为溅击蚀刻.这种物理性蚀刻方式非等向性极佳,但是相对的六亲不认,选择比很差.
c.反应性离子蚀刻RIE(Reactive Ion Etching): RIE 是一种介于Physical etching 与Chemical etching 之间的主流蚀刻技术.可获得兼具非等向性蚀刻及适当选择比之双重考量.为了达到先进制程的需求(Criteria),Recipe tuning的过程往往就是在其物性与化性之间取得一个平衡点,找出最佳的process window 以meet device criteria.
2-4.蚀刻率(Etching Rate)与均匀性(Uniformity):
蚀刻率与均匀性是蚀刻性能优异与否的依据之一, 蚀刻率愈快,表示产量愈大. 但是,并不代表快就是好,适当的蚀刻速率只是制程能力表现的其中一项指针.
均匀性指的是芯片不同位置的相对表现差异.一般除了within wafer 均匀性之外,还有within lot, lot to lot 之均匀性. 均匀性愈好,代表芯片品质控制愈完善.
2-5.蚀刻选择比: 定义为对于不同材质之薄膜间的蚀刻速率比.
Plasma etching 时因为需要使用不同程度的轰击作用(Ion Bonbardment),以提升etching performance,因此对不同材质薄膜间较难达到完美的蚀刻选择比.在制程开发中,提供适当足够可work的选择比是蚀刻制程工程师的角色和乐趣.
2-6. CD(Critical Dimension) Bias: ADI CD 与AEI CD 之间的差异,称为Etching CD Bias.
当device 越作越小,线宽的控制相对越重要,Etching CD Bias 的控制也越critical.
2-7蚀刻应用:
一般概略言之,蚀刻应用可分为以下几大类:
1. Poly Etching (Polysilicon Etching, Polycide Etching, STI etching, Deep Trench Etching)
2. Oxide Etching (SiO2 etching, Dual Damascene Etching, Low-K etching)
3. Nitride Etching (Si3N4 Etching)
4. Metal Etching (Aluminum Etching)
5. Tungston Etching (Pattern W Etching, W Etching Back)
6. PhotoResist Ashing
各种应用皆因其不同的材料特性及特殊需求(Criteria)而使用完全不同机制的蚀刻设备(Etcher)及蚀刻气体(Etchant),我们将在日后作更深入的介绍.
三. 后记:
当组件越作越小,晶圆尺吋越来越大, 蚀刻选择比与均匀性就越来越重要.因此,选择适当的蚀刻机台将是先进制程研发的利器,电浆蚀刻将仍是蚀刻技术的主流,而”电浆源”的研发和改良技术将成为耐米科技发展的瓶颈之一。

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icp刻蚀原理

icp刻蚀原理

icp刻蚀原理ICP刻蚀原理。

ICP刻蚀（Inductively Coupled Plasma Etching）是一种常用的微纳加工技术，广泛应用于半导体、光电子、生物医学等领域。

ICP刻蚀利用高能离子束对材料表面进行加工，具有高精度、高选择性和高速度的特点。

本文将介绍ICP刻蚀的原理及其在微纳加工中的应用。

ICP刻蚀利用电磁场产生的等离子体对材料表面进行加工。

首先，气体被加热并注入到真空室中，然后通过射频电源产生高频电场，使气体电离并形成等离子体。

等离子体中的离子在电场力的作用下加速，并与材料表面发生碰撞，从而使材料表面发生化学反应或物理碰撞，最终实现对材料的刻蚀。

ICP刻蚀的等离子体密度高、能量集中，因此能够实现对材料表面的高精度加工。

ICP刻蚀的原理主要包括离子轰击、化学反应和物理吸附等过程。

离子轰击是指等离子体中的离子在加速过程中与材料表面发生碰撞，传递能量并引起表面原子的脱落。

化学反应是指等离子体中的活性离子与材料表面发生化学反应，产生新的化合物并脱离表面。

物理吸附是指等离子体中的离子和中性粒子被材料表面吸附，从而改变表面的化学性质。

ICP刻蚀在微纳加工中具有广泛的应用。

首先，ICP刻蚀能够实现对材料表面的高精度加工，例如制备纳米结构、微结构和光子晶体等。

其次，ICP刻蚀具有高选择性，能够实现对不同材料的刻蚀，例如对硅、氮化硅、氮化铝等材料的选择性刻蚀。

此外，ICP刻蚀还具有高速度，能够实现对大面积材料的快速加工，提高生产效率。

总之，ICP刻蚀是一种重要的微纳加工技术，具有高精度、高选择性和高速度的特点。

ICP刻蚀的原理包括离子轰击、化学反应和物理吸附等过程，广泛应用于半导体、光电子、生物医学等领域。

随着科学技术的不断发展，ICP刻蚀技术将在更多领域发挥重要作用，推动微纳加工技术的进步和应用。

真空二流体蚀刻原理

真空二流体蚀刻原理

真空二流体蚀刻原理真空二流体蚀刻原理引言：真空二流体蚀刻（Vacuum Electrolytic Etching，缩写为VEE）是一种常见于微纳加工领域的表面处理技术。

该技术利用电解液在真空环境下进行蚀刻，能够实现高精度、高均匀性和高速度的表面处理。

本文将深入探讨真空二流体蚀刻的原理、应用及其优势。

一、真空二流体蚀刻的基本原理真空二流体蚀刻是在真空环境下进行的一种电解蚀刻技术。

其基本原理如下：首先，通过真空系统将蚀刻槽内的气体和杂质排出，以保证蚀刻液和被蚀刻样品处于纯净的真空环境下。

其次，通过两根电极将电解液引入蚀刻槽，并将被蚀刻的样品作为“工作电极”接入电路中。

在真空电解液的作用下，样品表面的金属离子会被溶解，并随着电解液的流动被带走，实现蚀刻作用。

最后，通过对电极之间的电压和电流进行控制，可以调节蚀刻速率、蚀刻均匀性和蚀刻深度，从而实现对样品表面的精确处理。

二、真空二流体蚀刻的应用领域真空二流体蚀刻技术在微纳加工领域有着广泛的应用。

以下是该技术的几个典型应用领域：1. 光子学器件加工：真空二流体蚀刻技术可用于制备光纤器件、光纤耦合器、光波导等光子学器件。

通过蚀刻细致的结构和微米级的图案，可以实现对光传输和光耦合的精确控制。

2. 微电子器件加工：真空二流体蚀刻技术可用于制备微电子器件，如微电子通道、微电子电极、微电子传感器等。

通过对深度、形状和尺寸的控制，可以实现微电子器件的高精度制备。

3. 生物医学应用：真空二流体蚀刻技术可用于制备生物医学血管支架、人工关节、生物芯片等生物医学器件。

通过对材料的微米级图案雕刻，可以实现对细胞生长和组织修复的精确控制。

4. 太阳能电池制备：真空二流体蚀刻技术可用于制备太阳能电池的正负极材料和导电层。

通过对电池材料的纳米级图案蚀刻，可以提高电池的光吸收和转换效率。

三、真空二流体蚀刻的优势真空二流体蚀刻技术相对于传统的蚀刻技术具有以下几个显著优势：1. 高精度和高均匀性：真空环境下不受气体和杂质的干扰，能够获得高精度的表面处理结果。

第二讲 表面微机械加工技术应用

第二讲 表面微机械加工技术应用

牺牲层技术刻蚀与选择性etch：To cut into the surface of (glass, for example) by the action of acid.Etching：The art of preparing etched plates, especially metal plates, from which designs and pictures are printed. Corrode：To destroy a metal or alloy gradually, especially by oxidation or chemical action其实刻蚀还包含分解、转化、溶解等一系列含义。

半导体技术的刻蚀并不仅仅局限于金属材料，半导体、化合物、包括有机物薄膜才是刻蚀研究的重点。

Etching还有一个特征：选择性或者局部队有控制刻蚀。

干法刻蚀也是半导体技术赋予Etching的新内涵。

选择性源于化学反应的热力学选择性和刻蚀过程度动力学因素控制。

下面这张表格概括了一些简单物质与常用反应物之间相互作用的规律，其中既有热力学因素控制的结果，也有动力学因素促成。

它们都是湿法反应机制度结果MUMPS工艺概况The MUMPS process is a three-layer polysilicon surface micromachining process derived from work performed at the Berkeley Sensors and Actuators Center (BSAC) at the University of California.Several modifications and enhancements have been made to increase the flexibility and versatility of the process for the multi-user environment. The process flow described below is designed to introduce inexperienced users to polysilicon micromachining. The text is supplemented by detailed drawings that show the process flow in the context of building a typical micromotor.工艺流程详解衬底：100 mm n-type (100) silicon wafers of 1-2 ohm-cm resistivity.低阻硅片1. The surface of the wafers are first heavily doped with phosphorus in a standard diffusion furnace using POCl3 as the dopant source.This helps to reduce or prevent charge feed through to the substrate from electrostatic devices on the surface.2. 600 nm low-stress LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) silicon nitride layer is deposited on the wafers as an electrical isolation layer.3. deposition of a 500 nm LPCVD polysilicon film-Poly 0.4. the coating of the wafers with photoresist5. Exposure of the photoresist with the appropriate mask6. Developing the exposed photoresist to create the desired etch mask for subsequent pattern7. Transfer into the underlying layer －The Poly 0 layer is then etched in an RIE system只刻蚀多晶硅而不刻蚀硅，需要细致选择刻蚀剂和刻蚀工艺8. After etch, the photoresist is chemically stripped in a solvent bath.9. A 2.0 µm phosphosilicate glass (PSG) sacrificial layer is then deposited by LPCVD10. coating of the wafers with photoresist11 Exposure of the photoresist with the DIMPLES mask12. Developing the exposed photoresist to create the desired etch mask for subsequent pattern13. the 1st oxide layer is then etched in an RIE system to form dimples14. After etch, the photoresist is chemically stripped in a solvent bath.The depth of the dimples is 750 nm上述五步重复了前一次的过程，是表面微机械加工最典型的工艺循环15.-19 The wafers are then patterned with the third mask layer, ANCHOR1, and reactive ion etched. This step provides anchor holes that will be filled by the Poly 1 layer.第一层牺牲层经历了两次加工，为什么不一次完成？还有其它的技术途径选择吗？20. the first structural layer of polysilicon (Poly 1) is deposited ata thickness of 2.0 µm.21. A thin (200 nm) layer of PSG is deposited over the polysilicondimples 处的高度会有起伏，这里未有表达。

金属表面处理技术介绍_20151028

金属表面处理技术介绍_20151028

金属表面处理技术介绍
--工业设计部
金属材料工艺概况
铝合金： 冲压
喷砂、拉丝、蚀刻、NIL、阳极氧化
铝合金： 锻压\铝挤
铝合金： 压铸
喷砂、拉丝、阳极氧化
阳极氧化、喷漆
不锈钢: 冲压
不锈钢: 锻压\压铸 粉末冶金:
喷砂、拉丝、NIL 、ED、PVD
PVD
PVD
铝合金表面处理
喷砂
铝合金 表面处理技术
零件厚度、砂粒粒径与压缩空气压力的关系（干喷砂）
零件类型
1
2 3 4 5
石英砂粒尺寸/mm
2.5～3.5
1.0～2.0 0.5～1.0 0.5以下 0.5以下
压缩空气压力/kPa
250～400
150～250 100～150 50～100 50～100
厚度＞3mm的大型钢铁件
厚度≤3mm的中型钢铁件 小型、薄壁零件、黄铜件 厚1mm以下的钢铁钣金件 铝及铝合金零件
3、输送帶速度（單位：HZ ） 检验：
可通过粗糙度仪進行检验，同塑胶件普通咬花相似。重点数据：Ra、Rz、Rpc
标准板 样品 标准板 样品
铝合金表面处理
2.拉丝制程介绍
拉丝制程
拉丝机
示意图
压力
尼龙轮
尼龙轮 铝材
输送帶
拉丝制程
尼龙卷紧轮 尼龙飞翼轮
1、尼龙轮有从小到大的多种番号，例如：80#、100#、120#... …此 番号为尼龙轮内所含沙粒的粗细番号，而非尼龙轮表面粗糙度 2、番号越小所含沙粒越粗，因此拉出的丝纹越粗。长直较深丝纹一 般常用卷紧轮，短碎较浅丝纹一般常用飞翼轮
脱脂 干燥
碱洗 封孔
酸洗 染色
化抛 阳极
说明：使用染料,操作溫度.常溫~55℃,时间:5秒-600秒依照客户标准颜色定. 目的：依据客戶顏色要求,生产出光鲜亮丽的顏色 优点：工艺简单、控制容易、效率高、成本低、设备投资少、着色色域宽、 色泽鲜艳 缺点： 1. 大面积制品容易出现颜色不均匀 2. 着色后清洗、封孔不当或受到机械损伤时易脱色，着色膜的耐光性相对 较差