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第八章+刻蚀法图形转移技术

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chap8刻蚀工艺解读

chap8刻蚀工艺解读

22
• 3.湿法刻蚀过程伴有放热和放气过程。 放热造成刻蚀局部温度升高，引起 化学反应速度加快，反过来，又会 加剧反应放热，使刻蚀反应处于不 受控制的恶性循环中，使质量极差。 在加工时采用搅拌或超声波等方法 来消除局部温度升高。放气会造成 局部气泡凝聚，使速率变慢或停止， 造成缺陷，也可以通过搅拌来赶走 气泡，有时也可以在腐蚀液中加入 少量氧化剂去除气泡。
6. 清洁、经济、安全
• 刻蚀过程包括三个步骤：
– 反应物质量输运（Mass transport）到要被刻 蚀的表面 – 在反应物和要被刻蚀的膜表面之间的反应 – 反应产物从表面向外扩散的过程
12
8.11 刻蚀方法
湿法刻蚀：利用液态化学试剂或 溶液通过化学反应进行刻蚀的方 法。
13
湿法刻蚀
反应产物必 须溶于水或 是气相
各向同性腐蚀：不同方向的腐蚀特性相同
dm
dm
dm
df
df
df
保真度：
A=|df－dm| / 2h
1<A< 0
5
选择比：指两种不同材料在腐蚀的过 程中被腐蚀的速率比。 如SiO2的刻蚀中 对光刻胶和硅的腐蚀速率很低 对SiO2的腐蚀速率很很高
6
均匀性
平均厚度h，厚度变化因子， 1 ≤ ≤0，最厚处h*(1+ ),最薄处 h*(1－ ) 平均刻蚀速率V，速度变化因子， 1 ≤ ≤0，最大速度V*(1+ ),最小速 度V*(1－ )
各向异性
硅湿法腐蚀由于晶向而产生的各向异性腐蚀
16
原子密度：<111> > <110> > <100> 腐蚀速度：R(100) 100 R(111)

液态光致抗蚀刻及图形转移工艺

液态光致抗蚀刻及图形转移工艺

液態光致抗蝕刻及圖形轉移工藝引言: PCB製造工藝（Technology）中, 無論是單、雙面板及多層板（MLB）, 最基本、最關鍵的工序之一是圖形轉移, 即將照相底版（Art-work）圖形轉移到敷銅箔基材上。

圖形轉移是生産中的關鍵控制點, 也是技術難點所在。

其工藝方法有很多, 如絲網印刷（Screen Printing）圖形轉移工藝、幹膜（Dry Film）圖形轉移工藝、液態光致抗蝕劑（Liquid Photoresist）圖形轉移工藝、電沈積光致抗蝕劑（ED膜）製作工藝以及鐳射直接成像技術（Laser Drect Image）。

當今能取而代之幹膜圖形轉移工藝的首推液態光致抗蝕劑圖形轉移工藝, 該工藝以膜薄, 解析度(Resolution)高, 成本低, 操作條件规定低等優勢得到廣泛應用。

本文就PCB圖形轉移中液態光致抗蝕劑及其製作工藝進行淺析。

一. 液態光致抗蝕劑（Liquid Photoresist）液態光致抗蝕劑（簡稱濕膜）是由感光性樹脂, 配合感光劑、色料、填料及溶劑等製成, 經光照射後産生光聚合反應而得到圖形, 屬負性感光聚合型。

與傳統抗蝕油墨及幹膜相比具有如下特點: a）不需要制絲網模版。

採用底片接觸曝光成像（Contact Printig）, 可避免網印所帶來的滲透、污點、陰影、圖像失真等缺陷。

解像度(Resolution)大大提高, 傳統油墨解像度爲200ｕm, 濕膜可達40ｕm。

b）由於是光固化反應結膜, 其膜的密貼性、結合性、抗蝕能力（Etch Resistance）及其抗電鍍能力比傳統油墨好。

c）濕膜塗布方式靈活、多樣, 工藝操作性強, 易於掌握。

d）與幹膜相比, 液態濕膜與基板密貼性好, 可填充銅箔表面輕微的凹坑、劃痕等缺陷。

再則濕膜薄可達5～10ｕｍ, 只有幹膜的1/3左右, 并且濕膜上層沒有覆蓋膜（在幹膜上層覆蓋有約爲25ｕｍ厚的聚酯蓋膜）, 故其圖形的解像度、清楚度高。

液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺

液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺

液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺引言液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺（Liquid Photopolymer Etching and Graphic Transfer Process），简称LPE & GT，是一种常见于印刷、电子制造和制图领域的工艺。

通过使用感光性材料将图案转移到受体表面，并利用抗蚀刻技术实现高精度图形转移，该工艺被广泛应用于制造PCB板、印刷电路板以及其他高精度图案的制造过程中。

本文将介绍液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺的基本原理、材料和步骤。

工艺原理液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺的基本原理是利用感光性材料对光的敏感性以及对腐蚀剂的抗性。

工艺过程中，首先将感光性材料涂覆在需要进行图形转移的表面上，然后将感光层曝光于紫外光源下。

紫外光引发感光性材料中的光化学反应，使得光敏剂发生变化，形成图片图像。

接下来，通过腐蚀剂的刻蚀作用，将非图案区的材料去除，从而得到所需的图案。

材料准备在液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺中，准备好合适的材料是至关重要的。

以下是通常使用的材料：•感光性材料：感光性材料是实现图形转移的关键。

它是一种聚合物材料，能够对紫外光产生化学反应。

根据需要，可以选择不同类型的感光性材料，如光固化性丙烯酸酯、光敏电子胶等。

•腐蚀剂：腐蚀剂用于将非图案区的材料去除。

常用的腐蚀剂有硝酸、氯化铁等。

选择合适的腐蚀剂需要考虑材料的特性以及腐蚀速度。

•受体材料：受体材料是进行图像转移的目标表面。

根据具体应用，可以选择不同类型的受体材料，如金属、塑料、电路板等。

•光源：光源需要提供足够的紫外光以激活感光性材料的光化学反应。

常用的光源有紫外线灯和激光器。

工艺步骤液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺通常包括以下步骤：1.表面处理：在进行液态感光至抗蚀刻及图形转移工艺之前，首先需要对受体材料的表面进行处理。

这一步骤包括去除油污、清洁表面以及调整表面粗糙度等。

2.涂覆感光性材料：将选择好的感光性材料涂覆在受体材料上。

第八章+刻蚀法图形转移技术

第八章+刻蚀法图形转移技术
方形掩模设计，其中一个角增加了补偿结构，由该掩模得到的腐蚀结构，该 结果清楚地显示了只有补偿过的角保留下来，其余没有做过补偿的角都因过 腐蚀而变钝。
掩模图形补偿技术 11
由于单晶硅湿法腐蚀的晶向依赖性，使掩模与晶向的对准变得十分重要。对准 不好，腐蚀沟道的走向就不会沿着掩模设计的走向方向发展，而是沿着晶向的 方向发展。
☆腐蚀速率：HNA对硅的腐蚀速率取决于这3种酸的混合比例，下图是三种酸 的浓度比与腐蚀速率的关系，显然，有两份氢氟酸与一份硝酸加少许醋酸形 成的腐蚀液具有最大的腐蚀速率（240 µm·minˉ¹)。
16
HNA浓度比与腐蚀速率的关系
17
腐蚀液配比：下表中给出了HNA中三种酸的配比与相应的腐蚀速率， 其中HF(49%)、 HNO3（70%）、醋酸（100%）为标准商品酸。
(a) 加了HCL酸
(b)没加HCl酸（CaF2)
26
干法刻蚀
狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放电产生的物理与化学过程对 材料表面进行加工。广义的干法刻蚀除了等离子体刻蚀外，还包括其 他物理和化学加工方法，例如：激光加工、火花放电加工、化学蒸汽 加工以及喷粉加工等。
在所有干法加工技术中，反应离子刻蚀（reactive ion etching， RIE） 技术是应用最广泛的，也是微纳加工能力最强的技术。
腐蚀溶液：以氢氟酸为主，未稀释的氢氟酸(49%质量分数）的腐蚀速率 可达到1.8 µm·minˉ¹，通常使用加缓冲剂的氢氟酸，缓冲腐蚀剂是由 7份NH4F（40%质量分数）与一份HF（49%质量分数）混合而成。LPCVD二 氧化硅的腐蚀速率可达70nm ·minˉ¹，缓冲剂比例越高，二氧化硅腐 蚀速率越低。
应用热点：主要在微机电系统与微流体器件制造领域，由于这些机构尺寸比集成电 路结构尺寸大得多，化学湿法刻蚀能够满足要求，且成本大大低于干法刻蚀。

微电子工艺之刻蚀技术

微电子工艺之刻蚀技术
微电子工艺之刻蚀技术
第五章 刻蚀技术（图形转移）
选择比 如SiO2的刻蚀中，对光刻胶和硅的腐蚀速率要很低，对SiO2的腐蚀速率要很高。
第五章 刻蚀技术（图形转移）
第五章 刻蚀技术（图形转移）
均匀性：膜层厚度的不均匀与刻蚀速率的不均匀→ 图形转移尺寸的不均匀。 设：平均膜厚h，厚度变化因子δ， 0≤ δ ≤1； 则：最厚处为h（1+δ），最薄处h（1-δ）； 设：平均刻蚀速率v，速度变化因子ζ， 0≤ ζ ≤1； 则：最大为v(1+ζ)，最小为v(1-ζ)； 设：最厚处用最小刻速腐蚀, 时间为tM； 最薄处用最大刻速腐蚀, 时间为tm； 则: t M=h(1+δ)/v(1-ζ)，t m= h(1-δ)/v(1+ζ) 若腐蚀时间取tm，则厚膜部位未刻蚀尽； 腐蚀时间取tM，则部分过刻蚀.
选择性差；损伤严重。 4.刻蚀的选择比 例：刻蚀SiO2及Si ①CF4+O2：刻蚀速率增加 机理： CF4+O2→F*+O*+COF*+COF2+CO+CO2
O2吸附在Si表面，影响刻蚀
二、干法刻蚀
②CF4+H2:刻蚀速率降低 机理：F*+H*(H2)→HF
CFX*(x≤3)+Si→SiF4+C(吸附在Si表面） CFX*(x≤3)+SiO2→ SiF4+CO+CO2+COF2 5.刻蚀设备 ①筒式 ②平板式
结语
谢谢大家！
SiO2+HF→H2[SiF6]+H2O
缓冲剂：NH4F， NH4F→NH3↑+HF
常用配方(KPR胶）：HF: NH4F: H2O=3ml:6g:10ml

集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺

集成电路制造工艺之光刻与刻蚀工艺
胶和工艺的误差等，因此这是纯理论的分辨率。
任意粒子曝光的最高的分辨率
关于光束的线宽限制，对其他的粒子束同样适用。任何粒子束都具有波动性，即 德布罗意物质波，其波长λ与质量m、动能E的关系描述如下。粒子束的动能E为
其动量p 粒子束的波长
E 1 mV 2 2
phmV 2mE
由此，用粒子束可得到的 最 细线h 条为
、对比度
为了测量光刻胶的对比度，将一定厚度的光刻胶膜在不同的辐照剂量下曝光，然 后测量显影之后剩余光刻胶的膜厚，利用得到的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线进行 计算就可以得到对比度。
光刻胶的对比度：不同的光刻胶膜厚-曝光剂量响应曲线的外推斜率。
Y2 Y1
X2 X1 光刻胶的对比度会直接影响到曝光后光刻胶膜的倾角和线宽。
根据对比度定义， Y2＝0，Y1=1.0，X2＝log10Dc，X1＝ log10Do。
正胶的对比度
p
1 log10 (Dc
Do )
Dc为完全除去正胶膜所需要的最小曝光剂量， Do为对正胶不产生曝光效果所允许的最大曝光剂量。
光刻胶的侧墙倾斜
在理想的曝光过程中，投到光刻胶上的辐照区域应该 等于掩模版上的透光区域，在其他区域应该没有辐照能 量。
显影方式与检测
目前广泛使用的显影的方式是喷洒方法。 可分为三个阶段： ①硅片被置于旋转台上，并且在硅片表面上喷洒显影液； ②然后硅片将在静止的状态下进行显影； ③显影完成之后，需要经过漂洗，之后再旋干。
喷洒方法的优点在于它可以满足工艺流水线的要求。
显影之后，一般要通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)或者激光系统来检查图形的 尺寸是否满足要求。
8.3、光刻胶的基本属性
光学光刻胶通常包含有三种成份： ①聚合物材料(树脂)：附着性和抗腐蚀性 ②感光材料：感光剂 ③溶剂：使光刻胶保持为液态

图形转移工艺、光刻工艺和掺杂工艺

图形转移工艺、光刻工艺和掺杂工艺
尽管不同的半导体表面处理工艺有所不同，但都通过改变表面结构
来提高微结构表面性能。

下面介绍三种表面处理技术：图形转移工艺、光刻工艺和掺杂工艺。

一、图形转移工艺
图形转移技术是从一块化学稳定的基片上转移图形模型的技术，它可
以在表面形成各种微结构。

该工艺主要通过物理性质转换，一层层的
制造出来一个复杂的结构膜。

图形转移技术的主要优势在于可重复性强，因为其工艺成功率高且能够生成一致的纳米结构和形状，可以用
来制造各种新型电子元件。

二、光刻工艺
光刻技术是利用紫外光能量将特定材料转化为特定形状和尺寸的技术。

这种技术采用均匀的光束，然后照射到特定的光稳定的模板或基片上，可以形成特殊的图形。

光刻技术的优势在于可以用于制造小型和复杂
的微电子器件，其技术成熟度较高，因此常用在制造空间小、形状复
杂的微结构上。

三、掺杂工艺
掺杂是指在半导体特定位置掺入不同的物质，以获得适宜的特性，提
升器件特性。

掺杂工艺分为内掺杂和表面掺杂两种，采用优化的材料、化学反应和热处理，调制半导体表面，以满足特定功能。

使用掺杂工艺，可以在表面形成各种微结构，大大提升表面特性，从而生产新型
电子元件。

以上是图形转移工艺、光刻工艺和掺杂工艺的简介。

它们是半导体表
面处理工艺的重要技术，为微结构技术的发展提供了坚实的基础。

结
合先进的集成电路设计技术，它们将在未来大大改观智能电子产品的
设计与制造。

图形转移技术


光学光刻的进展示意图
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Page 11
非光刻图形技术
（1）纳米压印技术和软刻印技术 代替物理的光和电子源，利用一块橡胶聚合物作为工具，采用日常所见 的印刷、模锻、模铸和压印等力学过程来制造纳米结构，称之为软刻印技术（ Soft Lighography）和纳米压印技术(Nano-Imprint Lithography，NIL) 。 （2）扫描探针技术 彻底抱起自上而下的手段，采用自底而上的人工组装方法，也就是从 移动原子或者分子的开始组装并构建纳米功能结构，最成功的是STM微分 析技术发展而来的扫描探针技术。
人工组装技术
扫描探针技术
自组装技术
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Page 20
扫描探针技术
扫描探针显微镜不仅仅可以让科学家观察原子世界，它们也可以利用针尖和 表面原子、分子的相互作用力来操纵单个原子、单个分子或者用来制备表面纳米 结构，即谈针尖可以沿着表面移动纳米粒子并使其重新排列，说制作的纳米图形 特征线宽可以达到单个原子的宽度。 操作模式主要包括横向操作和纵向操作。
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Page 10
摩尔定律：1965年 Gordon Moore提出了 芯片集成度每两年翻 一番(后来改为每18个 月翻一番)。自那时以 来，IC集成度的增长 一直遵循这一定律。 从光学光刻的发 展来看：分辨率(R)每 三年缩小0.7倍，曝光 波长(λ)每六年上一新 台阶，数值孔径(NA) 每年增加0.03，工艺 因子(K1)每年减少0.03 ，并相应提高了套刻 精度、像场尺寸、片 径和生产率。
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Page 21

第八章光刻与刻蚀工艺


8.1 光刻工艺流程
2.涂胶Spin Coating ①对涂胶的要求：粘附良好，均匀，薄厚适当 胶膜太薄－针孔多，抗蚀性差； 胶膜太厚－分辨率低（分辨率是膜厚的5－8倍） ②涂胶方法：浸涂，喷涂，旋涂√
Photoresist Spin Coater
EBR: Edge bead removal边缘修复
8.6.6 投影式曝光

利用光学系统，将光刻版的图形投影在硅片上。
8.6.6 投影式曝光


优点：光刻版不受损伤， 对准精度高。 缺点：光学系统复杂， 对物镜成像要求高。 用于3μm以下光刻。
分步重复投影光刻机--Stepper
采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜。 光刻版： 4X~5X； 曝光场：一次曝光只有硅片的一部分； 采用了分步对准聚焦技术。
h 2 2m E
a. E给定：m↑→ΔL↓→R↑，即R离子 > R电子 b. m给定：E↑→ΔL↓→R↑
8.3 光刻胶的 基本属性
1）光刻胶类型：正胶和负胶 ①正胶：显影时，感光部分 溶解，未感光部分不溶解； ②负胶：显影时，感光部分 不溶解，不感光部分溶解。
正胶（重氮萘醌）的光分解机理
负胶（聚乙烯醇肉桂酸脂）的光聚合机理
8.1 光刻工艺流程
③影响显影效果的主要因素： ⅰ）曝光时间； ⅱ）前烘的温度与时间； ⅲ）胶膜的厚度； ⅳ）显影液的浓度； ⅴ）显影液的温度； ④显影时间适当 t太短：可能留下光刻胶薄层→阻挡腐蚀SiO2(金属） →氧化层“小岛”。 t太长：光刻胶软化、膨胀、钻溶、浮胶 →图形边缘破坏。
第八章 光刻与刻蚀工艺
掩模版
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率＝90％，则 6块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）6＝53％； 10块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）10＝35％； 15块光刻版，其管芯图形成品率＝（90％）15＝21％； 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低。 掩膜版尺寸：①接触式和接近式曝光机：1∶1 ②分步重复投影光刻机（Stepper）： 4∶1；5∶1；10∶1

chap8刻蚀工艺解析

37
四.等离子刻蚀设备
❖圆筒型 ❖平板型
38
39
(
)
硅 片 接 地
反 应 离 子 刻
蚀
结
构
示
意
图
40
反 应 离 子 刻 蚀 结 构 示 意 图
41
双 向 等 离 子 刻 蚀 示 意 图
42
8.13 光刻质量分析
• 一、光刻的质量要求：
• 光刻的质量直接影响到器件的性能， 成品率和可靠性。对其有如下要求，刻蚀 的图形完整性好，尺寸准确，边缘整齐， 线条陡直；图形内无针孔，图形外无小岛， 不染色；硅片表面清洁，无底膜；图形套 刻准确。
各向同性腐蚀：不同方向的腐蚀特性相同
dm
dm
dm
df
df
df
保真度： A=|df－dm| / 2h 1<A< 0
5
选择比：指两种不同材料在腐蚀的过 程中被腐蚀的速率比。
如SiO2的刻蚀中 ❖对光刻胶和硅的腐蚀速率很低 ❖对SiO2的腐蚀速率很很高
6
均匀性
❖平均厚度h，厚度变化因子， 1 ≤ ≤0，最厚处h*(1+ ),最薄处
A 1 rlat rvert
横向
纵向刻 蚀速率
刻蚀 速率
图形转移过程演示
2
• 目的：把经过曝光, 显影后的光 刻胶微图形中下层材料的裸露部 分去掉, 即在下层材料上重现与 光刻胶相同的图形。
3
8.10 VLSI对图形转移的要求
❖保真度 ❖选择比 ❖均匀性 ❖清洁度
4
各向异性腐蚀：方向不同，腐蚀特性不同。
各向异性
硅湿法腐蚀由于晶向而产生的各向异性腐蚀
16
原子密度：<111> > <110> > <100>
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芯片实验室是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检 测等基本操作单位集成或基本集成于一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物 或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种技术。
它是通过分析化学、微机电加工（MEMS）、计算机、电子学、材料科学与生物学、 医学和工程学等交叉来实现从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携 化这一目标。
腐蚀溶液：以氢氟酸为主，未稀释的氢氟酸(49%质量分数）的腐蚀速率 可达到1.8 µm·minˉ¹，通常使用加缓冲剂的氢氟酸，缓冲腐蚀剂是由 7份NH4F（40%质量分数）与一份HF（49%质量分数）混合而成。LPCVD二 氧化硅的腐蚀速率可达70nm ·minˉ¹，缓冲剂比例越高，二氧化硅腐 蚀速率越低。
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液体流动性：化学湿法腐蚀的一个主要问题是腐蚀速率与液体流动程度 有关。在腐蚀工程中充分搅拌与无搅拌所得到的腐蚀结构会很不一样， 使精确控制腐蚀剖面变得很困难。
搅拌腐蚀液对腐蚀剖面的影响
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二氧化硅的各向同性腐蚀
二氧化硅是半导体工业中除了硅之外应用最广泛的材料。在集成电路的 制造中，二氧化硅普遍用来作绝缘膜和钝化膜。在微系统技术中，二氧 化硅用来做绝缘膜之外还用来作为牺牲层材料。例如：在二氧化硅上沉 积一层多晶硅，用化学方法腐蚀二氧化硅，使多晶硅结构局部悬空，形 成可移动部件。各向同性腐蚀是去除牺牲层的关键。因为只有各向同性 腐蚀才能使多晶硅材料和衬底之间的二氧化硅被清除。
花大量样品、试剂和很多时间才能完成的分析和合成，将在一块小的芯片上花很少量
样品和试剂以很短的时间同时完成大量实验；在分析化学领域，它可以使以前大的分
析仪器变成平方厘米尺寸规模的分析仪，将大大节约资源和能源。芯片实验室由于排
污很少，所以也是一种“绿色”技术。
25
在HF酸中加HCl对微沟道腐蚀表面的影响
第八章 刻蚀法图形转移技术
1
主要内容
1. 简介 2. 化学湿法腐蚀 3. 干法刻蚀之一：反应离子刻蚀 4. 干法刻蚀之二：反应离子深刻蚀 5. 干法刻蚀之三：等离子体刻蚀 6. 干法刻蚀之四：离子溅射刻蚀 7. 干法刻蚀之五：反应气体刻蚀 8. 干法刻蚀之六：其它物理刻蚀
2
பைடு நூலகம்
（一）简介
刻蚀方法包括化学湿法腐蚀、等离子体干法腐蚀和其它腐蚀。
化学湿法腐蚀硅通常需要腐蚀较深的深度，所以湿法腐蚀硅技术通常又称为硅的 体微加工技术，以区别常用的面微加工技术。例如：在硅表面先沉积一层支撑薄 膜（氧化硅或氮化硅层）。通过光刻和金属溶脱剥离或刻蚀工艺制作出所需要的 微结构。然后将微结构下面的硅衬底全部腐蚀清除，最后形成仅由薄膜支撑的微 结构。
EDP：对二氧化硅的腐蚀速率很低，一般比KOH低100倍。如果用二氧化硅做掩模， 则可以用EDP做腐蚀液。EDP还有一个特点是对硅的掺杂浓度特别敏感。
应用热点：主要在微机电系统与微流体器件制造领域，由于这些机构尺寸比集成电 路结构尺寸大得多，化学湿法刻蚀能够满足要求，且成本大大低于干法刻蚀。
主要腐蚀材料：硅和二氧化硅是微机械和微流体系使用最广泛的材料，也是半导体 工业的基础材料，各种化学湿法主要以腐蚀这两种材料为主。
5
硅的各向异性腐蚀
沿任意两个晶格点的连线的方向称为晶向，垂直于晶向矢量的彼此平行的 平面为晶面。晶面指数以[hkl]来表示，晶面指数以（hkl)表示。某一 [hkl]晶向代表垂直于某一(hkl)晶面的法向矢量。
采用掺磷或掺硼的二氧化硅，又称磷硅玻璃（phosphosilicate glass,PSG） 和硼磷玻璃（boron-phosphosilicate glass,BPSG)。HF:HCl（1：1)混合 液腐蚀PSG的速率为1133 nm ·minˉ¹，而腐蚀BPSG的速率为4167 nm ·minˉ¹。
腐蚀(100）晶面硅片上的一个十字形掩模，随着腐蚀时间的增加，腐蚀结构越 来越偏离原来的掩模图形。
由十字形掩模 得到的（100） 硅片腐蚀结构
10
由各向异性腐蚀方法制作凸形结构时通常无法获得尖角，内角随着腐蚀时间 的增加完全消失。为了获得尖角，要对腐蚀掩模的图形加以补偿，即留出充 分的腐蚀余量。
23
玻璃的各向同性腐蚀
玻璃是一种非晶态二氧化硅。近年来，玻璃材料主要应用于制作各种 “芯片实验室” 。这种芯片实验室的主要部分是各种微流体通道 （microchannel）。在玻璃表面腐蚀微流体通道与硅的微加工在本质 上是一致的，要经过表面处理、涂光刻胶、光学曝光、显影等工艺获 得所需要的光刻胶图形，然后通过刻蚀得到玻璃上的图形结构。
以[100]晶向的硅为例，从[100]方向腐蚀所得到的剖面不是垂直的，而是 成54.74°，这是因为[111]晶向与[100]晶向夹角为54.74°，[111]方向 的腐蚀速率远远低于[100]方向高。
6
单晶硅的三个晶格取向与晶面原子分布
7
硅[100]晶向的各向异性腐蚀剖面
8
Why 54.7?
12
判别硅片晶面与掺杂种类的标志
为了得到掩模与晶向的良好对准，首先要知道硅片的晶面。
13
实现单晶硅的各向异性腐蚀必须用碱类化学腐蚀液。常用的碱液包括氢氧化钾 （KOH）、EDP(ethylenediamine pyrocatechol)和TMAH(trimethyl ammonium hydroxide)，其中KOH最为普遍。KOH的腐蚀速率与KOH的浓度和温度有关，KOH的 腐蚀速率在20%左右浓度时达到最大值，温度越高，腐蚀速率越高。
☆腐蚀速率：HNA对硅的腐蚀速率取决于这3种酸的混合比例，下图是三种酸 的浓度比与腐蚀速率的关系，显然，有两份氢氟酸与一份硝酸加少许醋酸形 成的腐蚀液具有最大的腐蚀速率（240 µm·minˉ¹)。
16
HNA浓度比与腐蚀速率的关系
17
腐蚀液配比：下表中给出了HNA中三种酸的配比与相应的腐蚀速率， 其中HF(49%)、 HNO3（70%）、醋酸（100%）为标准商品酸。
TMAH：本身是光刻胶的一种显影液，也广泛用于硅的腐蚀液。TMAH对二氧化硅的 腐蚀速率低，而不像EDP那样有毒性。TMAH腐蚀表面的光滑度要比KOH腐蚀表面好 10倍，是湿法腐蚀硅纳米结构的最佳碱性腐蚀液。TMAH还有一个优点是它不含碱 金属离子，可以安全地用于集成电路制造的工艺环境。
14
需要去掉大量的材料，需 要腐蚀速度快，还得要掩 模抗腐蚀。此时的掩模层 为二氧化硅或氮化硅。
硅腐蚀液的配方与腐蚀速率
18
掩模选择
氢氟酸对二氧化硅有很强的腐蚀作用，即使在HNA中其腐蚀速率也在 3080nm·minˉ¹，因此二氧化硅不适合作为腐蚀掩模层，除非硅的 腐蚀深度要求不高。
光刻胶承受不了像硝酸这样的强氧化剂作用，也不适于做HNA的腐蚀 掩模。
LPCVD形成的氮化硅薄膜在HNA中的腐蚀速率在80nm·minˉ¹以下， 是最好的掩模材料，还可以用铬模或金模作为掩模。
对较浅的沟道刻蚀可以选作光刻胶做掩模。若刻蚀超过1h，光刻胶会 出现大量针孔，因此对深沟道刻蚀最好采用Cr或Au掩模。
腐蚀液为缓冲氢氟酸（7份NH4F与一份HF），加少量的HCl（9%）可以 使腐蚀的表面更光滑，腐蚀速率可达1 µm·minˉ¹以上。
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芯片实验室（Lab-on-a-chip）
(001) plane normal vector = [001] (111) plane normal vector = [111]
[111][001] cos [111] [001]
碱性腐蚀液对硅的腐蚀是各向异性，使得最终腐蚀的图形不一定是初始的设计 图形，很难得到理想的图形。
对于（100）晶面的硅片，有4个（111）面与（100）面相交呈54.74°夹角，且 这4个（111）面彼此垂直。因此用一个矩形掩模腐蚀总是可以得到一个矩形开 口，尽管矩形槽的边壁不是垂直的。如果掩模图形的边缘不与晶面重合，则腐 蚀所得到的图形会偏离原来的掩模的图形。
无论何种刻蚀方法，主要有两个刻蚀参数
掩模的抗刻蚀比 刻蚀的方向性
对刻蚀法图形转移技术的最基本的要求：能够将光刻胶掩模图形忠实地转移到 衬底材料中，并具有一定的深度与剖面形状。
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（二）化学湿法腐蚀
☆化学湿法刻蚀技术：泛指所用应用化学腐蚀液体的腐蚀方法。 显著特点：各向同性腐蚀，图形横向与纵向的腐蚀速率相同。但是某些腐蚀液对硅 的不同晶面有不同的腐蚀速率，会形成各向异性腐蚀。 应用：各向同性腐蚀图形不可能有很高的图形分辨率，主要应用硅的表面清洗工艺， 而不是一种图形转移技术。凡需高分辨率的图形转移的工艺过程均以干法刻蚀为主。
KOH在(100)晶面的腐蚀效率 用硅体微加工制作薄膜支撑框架的结构
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硅的各向同性腐蚀
☆腐蚀液体：酸对硅的腐蚀是各向同性的。最常用的是氢氟酸（HF）、硝酸 （ HNO3 ）与醋酸（acetic acid),通常称为HNA。
☆腐蚀机理：一般认为硝酸使硅表面氧化，然后氢氟酸将氧化部分的硅溶解 ，醋酸在这里主要起稀释作用，也可以用水代替醋酸作为稀释液。 3Si+4HNO3→3SiO2+4NO+2H20 SiO2+6HF→H2SiF6+2H20
某些碱类化学腐蚀液对硅的腐蚀与硅的晶面原子排列情况有关，因此不同 晶面方向的腐蚀速率有相当大的差异。以常见的（100）、（110）和 （111）晶面为例，它们在氢氧化钾（KOH）中的腐蚀速率之比为： （110）：（100）：（111）= 400:200:1。由于晶面的夹角不同，这种 依赖于晶面的腐蚀速率差异将会造成不同的腐蚀剖面结构。
(a) 加了HCL酸
(b)没加HCl酸（CaF2)
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干法刻蚀
狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放电产生的物理与化学过程对 材料表面进行加工。广义的干法刻蚀除了等离子体刻蚀外，还包括其 他物理和化学加工方法，例如：激光加工、火花放电加工、化学蒸汽 加工以及喷粉加工等。