刻蚀简介
刻蚀工艺和薄膜工艺(一)
刻蚀工艺和薄膜工艺(一)
刻蚀工艺和薄膜工艺
简介
•刻蚀工艺是一种常用的微纳加工技术，用于在半导体材料上制造微细结构。
•薄膜工艺是根据特定的要求在材料表面制备一层薄膜的技术。
刻蚀工艺
定义
•刻蚀工艺是通过化学反应或物理作用，将特定区域的材料制成所需形状或深度的工艺。
常见方法
1.干法刻蚀：使用高能离子束或高温等干燥条件进行刻蚀。
2.湿法刻蚀：利用酸碱溶液进行刻蚀，有较高的选择性和均匀性。
薄膜工艺
定义
•薄膜工艺是在材料表面制备一层具有特定功能的薄膜的工艺。
常见方法
1.物理气相沉积（PVD）：利用物理方式将原子或分子沉积在基底
上。
2.化学气相沉积（CVD）：利用化学反应在基底上生成薄膜。
刻蚀工艺和薄膜工艺的联系和区别
•刻蚀工艺和薄膜工艺都是微电子制造中常用的工艺。
•刻蚀工艺主要用于制造微细结构，而薄膜工艺主要用于制备功能性薄膜。
•刻蚀工艺和薄膜工艺可以结合使用，以实现更精确的微纳加工。
结论
•刻蚀工艺和薄膜工艺都是微电子制造中极为重要的工艺。
•了解刻蚀工艺和薄膜工艺的原理和方法，可以帮助提高微细结构制备和薄膜制备的技术水平。
脚标：该文章以一个资深创作者的视角，简要介绍了刻蚀工艺和薄膜工艺的定义、常见方法以及二者的联系和区别。
通过用标题和副标题的方式进行排版，提供了清晰易读的文章结构。
文章内容符合markdown格式的要求，没有出现html字符、网址、图片、电话号码等内容。
ICP刻蚀简析解析
射频电源 真空室
插板阀 开关
电控柜
电感耦合等离子体（ICP）刻蚀原理
包括两套通过自动匹配网络控
制的13.56MHz射频电源 一套连接缠绕在腔室外的螺线 圈，使线圈产生感应耦合的电 场，在电场作用下，刻蚀气体 辉光放电产生高密度等离子体。 功率的大小直接影响等离子体 的电离率，从而影响等离子体 的密度。
4）、反应气体的选择和配比。
刻蚀注意事项
刻蚀前的准备要点 操作者必须仔细认真阅读操作说明，并明确每个部件在刻蚀 系统中的作用 检查水、电、气是否接好，并打开电源，冷却循环水，及压 缩空气
若工作室处于真空，须先放气然后再放入刻蚀样品。 进入真空室系统的样品，要求外部干净，尤其防止将水和液 体带入系统，放好样品后，即可开始抽真空。刻蚀过程中密 切关注系统运行状况，记录实验数据。
Anisotropic etch profile is possible Chemical consumption is small Disposal of reaction products less costly Suitable for automation, single wafer, cassette to cassette • Disadvantages: Complex equipment, RF, gas metering, vacuum, instrumentation Selectivity can be poor Residues left on wafer
之间刻蚀能力的参数。
U(%) = ( Emax – Emin ) / ( Emax+ Emin)
刻蚀剖面 被刻蚀图形的侧壁形状
各向异性：刻蚀只在垂直
于晶片表面的方向进行
金属铝刻蚀工艺简介
在金属铝中通常会加入少量的硅和铜来提
高电子器件的可靠性。硅和Ｃｌ反应生成挥发性的
ＳｉＣｌ ，很容易被带出反应腔。铜与Ｃｌ反应生成的 ４
ＣｕＣｌ２ 挥发性却不高，因此需要加大物理性的离 子轰击把铜原子去掉，一般可以通过加大 Ａｒ 和
ＡｌＣｌ 被气流带出反应腔。ＢＣｌ 一方面提供ＢＣｌ ＋，
３
３
３
垂直轰击硅片表面，达到各向异性的刻蚀。另一
方面，由于铝表面极易氧化成氧化铝，这层自生
氧化铝在刻蚀的初期阻隔了 Ｃｌ 和铝的接触，阻 ２
碍了刻蚀的进一步进行。添加 ＢＣｌ 则利于将这 ３
层氧化层还原（如方程式 １），促进刻蚀过程的继
续进行。
基础知识 HOW TO MAKE A CHIP
金属铝刻蚀工艺简介
在 集成电路的制造过程中，刻蚀就是利 用化学或物理方法有选择性地从硅片 表面去除不需要的材料的过程。从工
艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。
前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等
离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向
和横向刻蚀。
蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材
料，仍然广泛用于 ＤＲＡＭ 和 ｆｌａｓｈ 等存储器，以
及 ０．１３ｕｍ 以上的逻辑产品中。本文着重介绍金
属铝的刻蚀工艺。
金属铝刻蚀通常用到以下气体：Ｃｌ 、ＢＣｌ 、
２
３
Ａｒ、 Ｎ 、ＣＨＦ 和 Ｃ Ｈ 等。Ｃｌ 作为主要的刻蚀气
２
３
２４
２
体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物
面板 刻蚀 最大尺寸
面板刻蚀最大尺寸
【原创实用版】
目录
1.面板的概述
2.刻蚀的简介
3.最大尺寸的意义
4.面板、刻蚀和最大尺寸之间的关系
正文
面板，是电子产品中常见的一种零部件，主要用于显示和操作。
随着科技的发展，面板的尺寸也越来越大，以满足用户对于大屏幕的需求。
刻蚀，是制造面板过程中的一种重要工艺，主要是通过化学或物理方法，将面板上的一层物质刻蚀掉，从而形成所需的图案和电路。
刻蚀的质量直接影响着面板的质量和性能。
最大尺寸，通常是指面板能够达到的最大尺寸限制。
这个尺寸的设定，一方面考虑到生产工艺的限制，另一方面也考虑到市场和用户的需求。
面板、刻蚀和最大尺寸之间存在着紧密的联系。
面板的大小决定了刻蚀的难度和精度，而刻蚀的质量又直接影响着面板的质量。
最大尺寸的设定，则是在保证刻蚀质量和面板质量的前提下，尽可能满足市场和用户的需求。
第1页共1页。
反应离子刻蚀
反应离子刻蚀简介反应离子刻蚀（RIE）是一种通过气体放电产生的离子束来刻蚀材料表面的技术。
它是一种非常重要的微纳加工工艺，被广泛应用于半导体、光学和纳米科技领域。
本文将介绍反应离子刻蚀的原理、设备和应用。
原理反应离子刻蚀原理基于离子束与材料表面的相互作用。
在RIE设备中，通过一个高频电源产生一个电场，使得工作间隙中的气体（通常为氧气或氟气）在电场下发生电离。
产生的离子在电场的作用下加速并对材料表面进行刻蚀。
反应离子刻蚀的过程可以分为三个主要阶段：电离阶段、加速阶段和反应阶段。
1.电离阶段：利用高频放电使得气体中的原子或分子电离，产生大量正离子和电子。
2.加速阶段：通过电场作用，正离子在电场中加速并进入工作间隙，形成高速离子束。
3.反应阶段：离子束与材料表面发生碰撞，产生物理或化学反应，刻蚀材料表面。
设备反应离子刻蚀需要使用专门的设备，称为反应离子刻蚀机。
RIE机由多个关键组件组成：1.真空腔：用于形成高真空环境，防止气体分子的散射和干扰。
2.高频电源：提供高频放电电场，并驱动气体电离。
3.外加电源：用于控制电场及正离子束的加速程度和方向。
4.气体供给系统：提供刻蚀所需的气体，并控制气体的流量和压力。
5.气体排放系统：将刻蚀产生的废气排放到安全区域。
应用反应离子刻蚀在微纳加工领域具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.半导体器件制造：RIE技术被广泛用于制造芯片中的光罩和微细结构，如晶体管、电容和互联线路等。
2.光学器件制造：RIE可以用于制造光学器件，如光纤、光波导和微透镜等。
3.微纳加工：RIE可以用于制造微纳米结构和微模具，如微通道、微阵列和微流体器件等。
4.纳米科技研究：RIE可以用于制备纳米材料和纳米结构，如纳米颗粒、纳米线和纳米孔洞等。
优势与挑战反应离子刻蚀具有以下优势：1.高加工速度：RIE可以在较短的时间内实现高精度的刻蚀，提高生产效率。
2.高精度：RIE可以实现亚微米级别的刻蚀精度，满足微纳加工的要求。
半导体刻蚀工艺简介PPT
除了Cl和F的气体外，溴化氢(HBr)也是一种常用的气 体，因为在小于0.5µm的制程中，栅极氧化层的厚度将小 于10 nm，用HBr等离子体时多晶硅/ SiO2的刻蚀选择比 高于以Cl为主的等离子体。
在本作业中，将介绍现今较为常用的刻蚀设备。
1.反应离子刻蚀机
反应离子刻蚀机系统中包含了一个高真空的反应腔， 腔内有两个呈平行板状的电极，一个电极与腔壁接地，另 一个电极则接在射频产生器上，如图7-2(a)所示。这种刻 蚀系统对离子有加速作用，使离子以一定的速度撞击待刻 薄膜，因此刻蚀过程是物理与化学反应的共同进行。
刻蚀分三步进行：
①刻蚀剂扩散至待刻材料的表面；
②刻蚀剂与待刻材料反应；
③反应产物离开刻蚀表面扩散至溶液当中，随溶液排出。 缺点：湿法刻蚀多是各向同性的，在将图形转移到硅片上 时，刻蚀后会向横向发展，这会造成图形失真，不适合得 到3µm以下的线宽。
要控制湿法刻蚀的速率，通常可通过改变溶液浓度和 反应温度等方法实现。溶液浓度增加会加快湿法刻蚀时反 应物到达及离开被刻蚀薄膜表面的速率，反应温度可以控 制化学反应速率的大小。选择一个湿法刻蚀的工艺，除了 刻蚀溶液的选择外，也应注意掩膜是否适用。
化学性刻蚀
又称等离子体刻蚀，是利用等离子体将刻蚀气体电离 并形成带电离子、分子及反应性很强的原子团，它们扩散 到被刻蚀薄膜表面后与被刻蚀薄膜的表面原子反应生成具 有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离反应腔。因这种 反应完全利用化学反应，故称为化学性刻蚀。
半导体制造工艺刻蚀
半导体制造工艺刻蚀简介半导体制造工艺刻蚀是一种重要的半导体加工工艺，用于在半导体材料表面上制造出所需的结构和形状。
它通过使用化学溶液（湿刻蚀）或者物理干涉（干刻蚀）的方法，将半导体材料上的一部分材料予以去除，从而达到所需要的目的。
本文将介绍半导体制造工艺中的刻蚀过程、刻蚀方法以及常用的刻蚀设备。
刻蚀过程刻蚀是在半导体加工的各个阶段都会出现的过程，它的主要目的是在半导体材料上制造出所需的结构和形状。
刻蚀过程可分为湿刻蚀和干刻蚀两种主要方式。
湿刻蚀湿刻蚀是通过将半导体材料浸泡在特定的化学溶液中，利用化学反应将材料表面的一部分溶解掉的方法。
湿刻蚀的优点是刻蚀速度快，且刻蚀的方向性较好。
常用的湿刻蚀液有氢氟酸（HF）、氢氧化钠（NaOH）等。
干刻蚀干刻蚀是通过使用高能粒子束或者等离子体将半导体材料表面的一部分物质物理去除的方法。
干刻蚀可以分为离子束刻蚀（IBE）、反应离子束刻蚀（RIBE）、电子束刻蚀等。
与湿刻蚀相比，干刻蚀不需要使用化学溶液，刻蚀速度可调控，同时可以实现更高的精度和较好的控制。
刻蚀方法根据刻蚀的目的和要求，半导体制造过程中可用到多种刻蚀方法。
正式刻蚀正式刻蚀是通过在光刻胶层上涂覆光刻胶，利用光刻胶层的光学反应性将图案转移到光刻胶层上，再通过刻蚀工艺将光刻胶层中不需要的部分去除，形成所需的图形。
常用的正式刻蚀技术有湿法刻蚀和干法刻蚀。
刻蚀深度和形状受光刻胶特性、刻蚀时间和刻蚀条件等影响。
选择性刻蚀选择性刻蚀是通过针对不同材料的耐蚀性差异，选择合适的化学溶液或者物理干涉方式刻蚀特定的材料。
利用选择性刻蚀，可以在半导体制造过程中实现特定材料的去除或者保留，从而形成所需的结构。
深刻蚀深刻蚀是通过较长时间的刻蚀过程，将半导体材料的一部分刻蚀掉，形成较深的结构。
深刻蚀一般需要使用干刻蚀技术，并且需要较长的刻蚀时间和更高的功率，以确保刻蚀的深度和准确性。
刻蚀设备半导体刻蚀设备是用于实施刻蚀工艺的专用设备。
ICP刻蚀简析
到一定程度时，离化率趋向于饱和，此时再增加I。
刻蚀注意事项
刻蚀前的准备要点 操作者必须仔细认真阅读操作说明，并明确每个部件在刻蚀 系统中的作用 检查水、电、气是否接好，并打开电源，冷却循环水，及压 缩空气
若工作室处于真空，须先放气然后再放入刻蚀样品。 进入真空室系统的样品，要求外部干净，尤其防止将水和液 体带入系统，放好样品后，即可开始抽真空。刻蚀过程中密 切关注系统运行状况，记录实验数据。
干法刻蚀是利用射频电源使反应气体生成反应活性 高的离子和电子，对硅片进行物理轰击及化学反应 ，以选择性的去除我们需要去除的区域。被刻蚀的 物质变成挥发性的气体，经抽气系统抽离，最后按 照设计图形要求刻蚀出我们需要实现的深度
Dry Etching Characteristics
• Advantages:
第二套射频电源连接在腔室内 下方的电极上，样品放在此台 上进行刻蚀。
3 Etchants and etch products
Solid
Si, SiO2, Si3N4 PSG, and BPSG
Si Al Organic solids Photoresists, etc.
Refractory metals (W, Ta, Ti, Mo, etc.)
刻蚀工艺的相关参数
刻蚀速率 习惯上把单位时间内去除材料的厚度定义为刻蚀速率
刻蚀速率由工艺和设备变量决定，如被刻蚀材料类型，刻蚀机 的结构配置，使用的刻蚀气体和工艺参数设置
选择比 同一刻蚀条件下，被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材
料 的刻蚀速率的比。
选择比差：11 选择比好：10 - 1000
均匀性 衡量刻蚀工艺在整个晶片上，或整个一批，或批与批
的有效利用率等。
perc刻蚀酸抛反射率
perc刻蚀酸抛反射率
PERC是Passivated Emitter and Rear Cell（背面场效应太阳能电池）的缩写，是一种提高太阳能电池转换效率的技术。
它通过在电池的背面引入反射层和表面钝化层来减少电子复合，从而提高电池的光电转换效率。
刻蚀是一种常见的工艺步骤，用于在半导体材料上形成所需的结构。
在太阳能电池制造中，刻蚀可以用来定义电池的结构，例如定义电极的形状和尺寸。
酸抛是指使用酸性溶液对材料表面进行化学抛光处理，以改善表面的光学特性和反射率。
在太阳能电池制造中，酸抛可以帮助减少表面的缺陷并提高光的反射率，从而提高电池的光电转换效率。
反射率是指材料表面对光的反射能力。
在太阳能电池中，高反射率可以帮助提高光的吸收率，从而提高电池的效率。
综合来看，关于“perc刻蚀酸抛反射率”，可以理解为在太阳能电池制造中，通过采用PERC技术，结合刻蚀工艺和酸抛工艺，来提高电池的光电转换效率，其中反射率是一个重要的参数。
通过优
化刻蚀和酸抛工艺，可以改善电池表面的光学特性，提高反射率，从而提高太阳能电池的性能和效率。
这些工艺的综合应用可以在太阳能电池制造中发挥重要作用，帮助提高太阳能电池的性能和可靠性。
刻蚀技术简介
刻蚀过程控制
刻蚀剂选择
根据被刻蚀材料的性质和刻蚀要 求，选择合适的刻蚀剂，以确保
刻蚀速度和选择性的优化。
刻蚀参数调整
精确控制刻蚀过程中的参数，如刻 蚀温度、刻蚀剂浓度、反应时间等 ，以实现所需的刻蚀深度和形貌。
实时监控与反馈
通过实时监测刻蚀过程中的参数变 化，及时调整刻蚀条件，确保刻蚀 结果的稳定性和可重复性。
刻蚀技术简介
汇报人： 2023-11-18
contents
目录
• 刻蚀技术概述 • 刻蚀技术分类 • 刻蚀技术工艺流程 • 刻蚀技术应用实例及发展趋势
刻蚀技术概述
01
刻蚀技术定义
• 刻蚀技术是一种通过物理或化学方法在材料表面进行加工的技 术。它利用能量束或化学反应去除材料表面的部分或全部，以 获得所需的形状和表面粗糙度。
提供了更多可能性。
刻蚀技术应用领域
微电子领域
在集成电路制造过程中，刻蚀 技术用于制作晶体管、电容、 电阻等器件，以及互连线、通
孔等结构。
光学领域
刻蚀技术可用于制造微纳光学 元件，如光栅、微透镜、衍射 光学元件等，提高光学性能。
生物医疗领域
利用刻蚀技术制造生物芯片、 微流控芯片等，用于生物样品 分析、疾病诊断等。
优缺点
具有高刻蚀速度、对材料适应性广等优点 ；但设备成本高、精度相对较低等缺点也 较为明显。
复合刻蚀技术
工作原理
在物理刻蚀的基础上，引入化学反应增强 刻蚀效果，从而提高刻蚀速度和精度。
A 定义
将化学刻蚀技术与物理刻蚀技术相 结合的一种刻蚀方法。
B
C
D
优缺点
兼具化学刻蚀和物理刻蚀的优点，能够实 现高速、高精度刻蚀；但设备复杂度较高 ，工艺调试难度较大。
玻璃湿法刻蚀
玻璃湿法刻蚀1. 简介玻璃湿法刻蚀是一种常见的玻璃加工技术，通过使用化学溶液对玻璃进行刻蚀，以实现形状、图案和纹理等多种效果。
湿法刻蚀是一种非接触式的加工方法，可以在不损坏玻璃表面的情况下改变其外观。
2. 刻蚀原理湿法刻蚀的原理是利用化学溶液对玻璃表面进行局部溶解，从而改变其形状。
通常使用的刻蚀溶液主要包括氢氟酸（HF）和硝酸（HNO3）。
氢氟酸具有强烈的腐蚀性，可以与玻璃表面发生反应，而硝酸则可以提供氧化剂，促进反应的进行。
在刻蚀过程中，首先将玻璃样品浸入刻蚀溶液中，然后通过控制溶液的浓度、温度和时间等参数来控制刻蚀速率和深度。
初始时，溶液会迅速侵蚀玻璃表面，形成一个均匀的刻蚀层。
随着刻蚀的进行，刻蚀层会逐渐变厚，溶液在刻蚀层上方形成一层保护膜，限制了刻蚀速率。
最终达到所需的刻蚀深度后，将样品从溶液中取出并清洗干净。
3. 刻蚀参数在进行湿法刻蚀时，需要控制一系列参数来实现所需的加工效果。
常见的刻蚀参数包括：•刻蚀溶液浓度：溶液浓度会直接影响刻蚀速率和深度。
较高的浓度会加快刻蚀速率，但也增加了对操作人员的安全风险。
•刻蚀溶液温度：温度对刻蚀速率有显著影响。
通常情况下，温度越高，刻蚀速率越快。
•刻蚀时间：时间决定了最终的刻蚀深度。
根据需要可以调整时间来控制加工效果。
•操作环境：湿法刻蚀需要在特定的实验室环境中进行，确保操作人员的安全和加工质量。
4. 应用领域湿法刻蚀技术在玻璃加工领域有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：4.1 美术与装饰湿法刻蚀可以在玻璃表面刻出各种图案、花纹和文字，用于美术品和装饰品的制作。
通过控制刻蚀参数，可以实现不同深度和形状的刻蚀效果，为玻璃制品增添艺术感。
4.2 光学元件湿法刻蚀也被广泛应用于光学元件的制造过程中。
通过在光学玻璃表面进行微米级别的刻蚀，可以改变其折射率、表面形貌等性质，从而实现特定的光学功能。
4.3 硅片加工除了玻璃，湿法刻蚀也被应用于硅片加工过程中。
硅的干法刻蚀简介
→着硅珊ＭＯＳ器件的出现，多晶硅渐渐成为先进器件材料的主力军。
除了用作ＭＯＳ栅极之外多晶硅还广泛应用于ＤＲＡＭ的深沟槽电容极扳填充，闪存工艺中的位线和字线。
这些工艺的实现都离不开硅的干法刻蚀技术其中还包括浅槽隔离的单晶硅刻蚀和金属硅化物的刻蚀。
为了满足越来越苛刻的要求，业界趋向于采用较低的射频能量并能产生低压和高密度的等离子体来实现硅的干法刻蚀。
感应耦合等离子刻蚀技术（ＩＣＰ）被广泛应用于硅及金属硅化物刻蚀，具有极大技术优势和前景。
它比典型的电容耦合（ＣＣＰ）等离子刻蚀技术高出１０￣２０倍。
此外，其对离子浓度和能量的独立控制扩大了刻蚀工艺窗口及性能。
硅栅（Ｐｏｌｙ Ｇａｔｅ）的干法刻蚀：随着晶体管尺寸的不断缩小对硅栅的刻蚀就越具有挑战性。
这种挑战体现在对关键尺寸（ＣＤ）及其均匀性的控制，即对栅氧化层选择比的提高，对剖面轮廓的一致性控制以及减少等离子导致的损伤。
因为受到光刻线宽的限制，为达到最后的ＣＤ 线宽要求往往需要先对光阻进行缩小处理，然后进一步往下刻蚀。
ＢＡＲＣ打开后，再以光阻为阻挡层将ＴＥＯＳ 打开。
接着把剩余的光阻去除，再以ＴＥＯＳ作为阻挡层对硅栅进行刻蚀。
为了保护栅极氧化层不被损伤，通常要把硅栅的刻蚀分成几个步骤：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀。
主刻蚀通常有比较高的刻蚀率但对氧化硅的选择比较小。
通过主刻蚀可基本决定硅栅的剖面硅的干法刻蚀简介应用材料中国，葛强轮廓和关键尺寸。
着陆刻蚀通常对栅极氧化层有比较高的选择比以确保栅极氧化层不被损伤。
一旦触及到栅极氧化层后就必须转成对氧化硅选择比更高的过刻蚀步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层。
ＣＬ２，ＨＢｒ，ＨＣＬ是硅栅刻蚀的主要气体，ＣＬ２和硅反应生成挥发性的ＳｉＣｌ４而ＨＢｒ和硅反应生成的ＳｉＢｒ４ 同样具有挥发性。
通常会在这些主刻蚀气体中加入小流量的氧气，一方面是为了在侧壁生成氧化硅从而增加对侧壁的保护；另一方面也提高了对栅极氧化层的选择比。
显影、刻蚀、剥膜工艺及材料
剥膜时间
~120s
六、设备介绍
显影、刻蚀、剥膜一体机
六、设备介绍
设备组成示意图
六、设备介绍
设备工作示意图
六、设备介绍
a.传动机构： 由于设备腔内是潮湿环境，所以移送基板的电机需要安装在 腔体外，通过一个密封部件和换向齿轮来实现对腔体内的驱 动轴的驱动。
b.喷嘴的摆动机构：
c.各功能区之间的隔离：
e.障壁显影工艺 显影液 0.6%的Na2CO3溶液 显影温度 30℃ 显影压力 1.5kgf/cm2 喷嘴摆动角度 30o 喷嘴摆动频率 10R/min 显用到的刻蚀工艺为ITO电极刻蚀，工艺条件如下： 刻蚀液 HCl(20~22%) FeCl3(4%)H2O 刻蚀温度 40℃ 刻蚀压力 1.7kgf/cm2 刻蚀时间 260s 喷嘴摆动角度 30o 喷嘴摆动频率 10R/min
显影、刻蚀、剥膜工艺及设备介绍
一、负性光成像材料简介 二、ITO刻蚀基础知识 三、现行显影、刻蚀、剥膜工艺介绍 四、现有显影、刻蚀剥膜一体设备介绍
一、负性光成像材料简介
光成像材料按照反应机理和显影原理可以分为正性（曝光溶解型）和 负性（曝光胶联型）；按照施工方法分为干膜、液体和电沉积抗蚀剂； 按曝光光源分为g线（436nm）、i线（365nm）、短波长紫外线、电子 束、X射线抗蚀剂。
五、剥膜工艺介绍
ITO电极刻蚀后表面的DFR膜及障壁经喷砂后表面的
DFR膜都需要将其剥离，DFR剥离用的剥膜液均为浓的
强碱溶液，不过浓度有所差异。
ITO用的DFR剥膜液 2.25%的KOH溶液
障壁用DFR剥膜液
11.25%的KOH溶液
其它的条件相同：
剥膜液温度
40±1℃
剥膜压力
12nm制程工艺流程
12nm制程工艺流程摘要：本文将详细介绍12nm制程工艺流程，从光刻、刻蚀、沉积、离子注入到退火等关键步骤，深入解析每个步骤的原理和技术实现。
同时，本文还将分析12nm 制程工艺的优缺点，以及未来发展趋势。
一、12nm制程工艺简介12nm制程工艺是指采用12纳米制程技术制造的半导体器件，主要应用于高性能CPU、GPU、存储器等领域。
相较于传统的28nm和22nm制程工艺，12nm 制程工艺具有更高的集成密度、更低的功耗和更高的性能。
二、12nm制程工艺流程1. 光刻光刻是将设计好的电路图案通过光刻机投影到晶圆表面，形成光刻掩膜。
光刻掩膜上的图案会经过光刻胶的曝光和显影过程，最后形成所需的电路图案。
12nm 制程工艺采用先进的光刻技术，如多重图案化技术，可以实现更高的集成密度。
2. 刻蚀刻蚀是将光刻过程中形成的电路图案刻蚀到晶圆表面的过程。
根据所需的电路图案，选择合适的刻蚀工艺，如干法刻蚀和湿法刻蚀。
12nm制程工艺中，刻蚀工艺需要更高的刻蚀精度和更低的残留物。
3. 沉积沉积是将所需的薄膜材料沉积到晶圆表面，形成器件所需的功能层。
12nm制程工艺中，沉积工艺需要更高的沉积速率和更薄的薄膜厚度，以满足器件的高性能要求。
4. 离子注入离子注入是将离子注入到晶圆表面，实现所需的掺杂效应。
离子注入可以改变半导体的导电特性，实现器件的控制开关功能。
12nm制程工艺中，离子注入需要更高的注入剂量和更低的注入速率，以提高器件的性能和稳定性。
5. 退火退火是将晶圆表面的热应力消除，提高器件的可靠性。
在12nm制程工艺中，退火过程需要更高的温度和更长的退火时间，以确保器件的性能和良率。
三、12nm制程工艺的优缺点12nm制程工艺具有以下优点：1. 更高的集成密度：12nm制程工艺相较于28nm和22nm制程工艺，具有更高的集成密度，可以实现更多的功能模块集成。
2. 更低的功耗：12nm制程工艺采用更先进的工艺技术，可以实现更低的功耗，满足高性能计算领域对低功耗的需求。
光刻与刻蚀工艺
光刻与刻蚀工艺pptxx年xx月xx日contents •光刻与刻蚀工艺简介•光刻工艺详细介绍•刻蚀工艺详细介绍•光刻与刻蚀工艺的挑战与对策•光刻与刻蚀工艺的发展趋势目录01光刻与刻蚀工艺简介1光刻工艺原理23利用光子能量将光刻胶上的分子激活，使其可进行化学反应。
光学曝光将光刻胶上的图形转移到半导体基板上的过程。
图形转移对光刻胶和半导体基板表面进行化学处理，以实现图形的精细加工。
表面处理利用液体化学试剂将半导体表面的材料溶解。
刻蚀工艺原理湿法刻蚀利用等离子体或离子束等高能粒子将半导体表面的材料去除。
干法刻蚀刻蚀过程中，被刻蚀材料与阻挡层材料的去除速率之比。
选择比1光刻与刻蚀工艺的关系23光刻工艺是制造芯片的核心技术，通过光刻胶上的图形控制半导体表面的加工。
刻蚀工艺是将光刻胶上的图形转移到半导体表面的关键步骤，要求高精度和高一致性。
光刻和刻蚀工艺的组合直接决定了芯片制造的质量、产量和成本。
02光刻工艺详细介绍03运动控制系统运动控制系统精确控制掩膜与光刻胶之间的相对位置，确保图形对准和重复性。
光刻机工作原理01曝光系统曝光系统将掩膜上的图形转换为光刻胶上的图形，是光刻机的核心部分。
02投影系统投影系统将曝光系统输出的光线聚焦到光刻胶表面，实现小比例图形转移。
光学接触剂是低分子聚合物，具有高度透明性和低折射率。
光学接触剂正性光刻胶受到光照后会发生交联反应，形成网状结构，耐腐蚀性强。
正性光刻胶负性光刻胶受到光照后会发生降解反应，形成可溶性物质，易于清除。
负性光刻胶光刻胶的分类与性质增加对比度通过优化涂层和选择合适的光源和波长，增加光刻胶与衬底之间的对比度。
提高分辨率采用短波长光源和高级数值孔径透镜，提高光刻机分辨率。
提高精度和一致性采用先进的控制系统和误差修正技术，提高光刻胶图形的精度和一致性。
光刻工艺的优化03刻蚀工艺详细介绍离子刻蚀机以离子束或离子束辅助化学反应的方式进行刻蚀。
具有各向异性刻蚀、高分辨率和低损伤等优点，但刻蚀速率较慢，设备昂贵。
刻蚀设备简介演示
利用射频电源产生的高频电场，将气体激发为等离子体，通过反应气体与材料 表面的化学反应来刻蚀表面。
激光刻蚀设备
激光诱导等离子刻蚀设备
通过高能激光束照射材料表面，产生等离子体，实现表面刻蚀。
激光烧蚀刻蚀设备
利用高功率激光束将材料表面烧蚀，实现物理刻蚀。
其他类型刻蚀设备
电化学刻蚀设备
刻蚀设备简介演示
汇报人： 2023-11-23
目录
• 刻蚀设备概述 • 刻蚀设备类型 • 刻蚀设备的关键部件 • 刻蚀设备的操作与维护 • 刻蚀技术的发展趋势与挑战 • 刻蚀设备的应用案例
01
刻蚀设备概述
Chapter
定义与分类
刻蚀设备定义
刻蚀设备是一种用于材料表面处 理的设备，通过物理或化学方法 实现材料表面的选择性去除。
将准备好的样品放入设备中的指定位 置，关闭腔体并启动真空系统。
开始刻蚀
满足安全条件后，启动刻蚀设备并 进行实时监测，记录刻蚀过程中的 数据。
刻蚀结束与清洗
当刻蚀达到预定时间或达到预定工 艺条件时，关闭设备并解除真空状 态，取出样品进行清洗。
常见问题及解决方案
检查工艺参数是否设置正确，如 气体流量、压力等参数是否稳定 ，同时确认样品表面是否平整、 无污染。
应，从而提高刻蚀效果。
组成部分
真空系统通常包括真空泵、真空 测量仪器和管路等部分，以确保
真空环境的稳定和准确控制。 Nhomakorabea控制系统
定义
控制系统是用于监控和控制刻蚀设备各部件的电 子系统。
功能
它确保设备在刻蚀过程中能够稳定运行，并对异 常情况进行监测和报警。
组成部分
控制系统通常包括传感器、控制器和执行器等部 分，以实现对设备各部件的精确控制和监测。
刻蚀简介
刻蚀刻蚀，英文为Etch，它是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。
是与光刻相联系的图形化（pattern）处理的一种主要工艺。
所谓刻蚀，实际上狭义理解就是光刻腐蚀，先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理，然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。
随着微制造工艺的发展；广义上来讲，刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称，成为微加工制造的一种普适叫法。
刻蚀方法刻蚀最简单最常用分类是：干法刻蚀和湿法刻蚀。
显而易见，它们的区别就在于湿法使用溶剂或溶液来进行刻蚀。
湿法刻蚀是一个纯粹的化学反应过程，是指利用溶液与预刻蚀材料之间的化学反应来去除为被掩蔽膜材料掩蔽的部分而达到刻蚀目的。
其特点是：湿法虎穴刻蚀在半导体工艺中有着广泛应用：磨片、抛光、清洗、腐蚀优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低缺点是：钻刻严重、对图形的控制性较差，不能用于小的特征尺寸；会产生大量的化学废液干法刻蚀种类很多，光挥发、气相腐蚀、等离子体腐蚀等。
其优点是：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。
缺点是：成本高，设备复杂。
干法刻蚀主要形式有纯化学过程（如屏蔽式，下游式，桶式），纯物理过程（如离子铣），物理化学过程，常用的有反应离子刻蚀RIE，离子束辅助自由基刻蚀ICP。
刻蚀方式很多，一般有：溅射与离子束铣蚀，等离子刻蚀（Plasma Etching），高压等离子刻蚀，高密度等离子体（HDP）刻蚀，反应离子刻蚀（RIE）。
另外，化学机械抛光CMP，剥离技术等等也可看成是广义刻蚀的一些技术。
蚀刻(Etching)蚀刻的机制，按发生顺序可概分为「反应物接近表面」、「表面氧化」、「表面反应」、「生成物离开表面」等过程。
所以整个蚀刻，包含反应物接近、生成物离开的扩散效应，以及化学反应两部份。
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等离子刻蚀简介自 1970 年代以来组件制造首先开始采用等离子刻蚀技术，对于等离子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，而由于等离子刻蚀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，因此等离子刻蚀便成为集成电路制造过程中的主要技术之一。
等离子刻蚀主要应用于集成电路制程中线路图案的定义，通常需搭配光刻胶的使用及微影技术，其中包括了1) 氮化硅(Nitride)蚀刻：应用于定义主动区；2) 多晶硅化物/多晶硅(Polycide/Poly)刻蚀：应用于定义栅极宽度/长度；3) 多晶硅(Poly)刻蚀：应用于定义多晶硅电容及负载用之多晶硅；4) 间隙壁(Spacer)刻蚀：应用于定义 LDD 宽度；5) 接触窗(Contact) 及引线孔(Via)刻蚀：应用于定义接触窗及引线孔的尺寸大小；6) 钨回刻蚀(Etch Back)：应用于钨栓塞(W-Plug)的形成；7) 涂布玻璃(SOG)回刻蚀：应用于平坦化制程；8) 金属刻蚀：应用于定义金属线宽及线长；接脚(Bonding Pad)刻蚀等。
9) 影响等离子刻蚀特性好坏的因素包括了：1) 等离子刻蚀系统的型态；2) 等离子刻蚀的参数；3) 前制程相关参数，如光刻胶、待刻蚀薄膜的沉积参数条件、待刻蚀薄膜下层薄膜的型态及表面的平整度等。
何谓等离子体?基本上等离子体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。
刻蚀用的等离子体中，气体的解离程度很低，通常在 10-5-10-1 之间，在一般的等离子体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 则属于高密度等离子体。
等离子体形成的原理：等离子体的产生可藉由直流(DC)偏压或交流射频(RF)偏压下的电场形成，如图 1-3 所示，而在等离子体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)电场下产生的等离子体其电子源主要以二次电子为主，而交流射频(RF)电场下产生的等离子体其电子源则以分子或原子解离后所产生的电子为主。
在等离子刻蚀中以直流方式产生辉光放电的缺点包含了：需要较高的功率消耗， 1) 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；由于电子来回的振荡， 2) 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。
现今所有的等离子体系统皆为射频系统。
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。
等效电子及离子温度：存在于等离子体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”等离子体之中。
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。
在一般刻蚀用的等离子中，等效的电子温度约为 10000 - 100000°K。
等离子刻蚀中的基本物理及化学现象在干式刻蚀中，随着制程参数及等离子体状态的改变，可以区分为两种极端的性质的蚀刻方式，mandy 15:52:23 即纯物理性刻蚀与纯化学反应性刻蚀。
纯物理性刻蚀可视为一种物理溅镀(Sputter) 方式，它是利用辉光放电，将气体如 Ar，解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面，而将被刻蚀物质原子击出。
此过程乃完全利用物理上能量的转移，故谓之物理性刻蚀。
其特色为离子撞击拥有很好的方向性，可获得接近垂直的刻蚀轮廓。
但缺点是由于离子是以撞击的方式达到刻蚀的目的，因此光刻胶与待刻蚀材料两者将同时遭受刻蚀，造成对屏蔽物质的刻蚀选择比变差，同时刻蚀终点必须精确掌控，因为以离子撞击方式刻蚀对于底层物质的选择比很低。
且被击出的物质往往非挥发性物质，而这些物质容易再度沉积至被刻蚀物薄膜的表面或侧壁。
加上刻蚀效率偏低，因此，以纯物理性刻蚀方式在集成电路制造过程中很少被用到。
纯化学反应性蚀刻，则是利用等离子体产生化学活性极强的原(分)子团，此原(分)子团扩散至待刻蚀物质的表面，并与待刻蚀物质反应产生挥发性之反应生成物，并被真空设备抽离反应腔。
因此种反应完全利用化学反应来达成，故谓之化学反应性刻蚀。
此种蚀刻方式相近于湿式刻蚀，只是反应物及产物的状态由液态改变为气态，并利用等离子体来促进刻蚀的速率。
因此纯化学反应性刻蚀拥有类似于湿式刻蚀的优点及缺点，即高选择比及等向性刻蚀。
在半导体制程中纯化学反应性刻蚀应用的情况通常为不需做图形转换的步骤，如光刻胶的去除等。
一个仅基于化学反应机制的理想干刻蚀过程可分为以下几个步骤：1) 反应气体进入腔体；2) 产生等离子体形态的刻蚀物种，如离子及自由基(Radicals)；3)刻蚀物种藉由扩散、碰撞或场力移至待刻蚀物表面并吸附于表面；4)刻蚀物种停滞在待刻蚀物表面一段时间；5) 进行化学反应并产生挥发性之生成物；6) 生成物脱离表面；7) 脱离表面之生成物扩散至气体中并排出(1)。
上述步骤中若其中一个停止发生，则整个反应将不再进行。
而其中生成物脱离表面的过程最为重要，大部份的反应物种皆能与待刻蚀物表面产生快速的反应，但除非生成物有合理的蒸气压以致让其脱离表面，否则反应将不会发生。
综观而论，纯物理性刻蚀，如离子束刻蚀(Ion Beam Etch)有两大缺点：一为低选择比，一为低刻蚀效率。
而纯化学反应刻蚀也有两个缺点：一为等向性刻蚀，另一为无法应用至次微米的组件制程上，包含了线宽控制与均匀性等问题。
最具广泛使用的方法便是结合物理性刻蚀与化学反应性刻蚀，即所谓的反应离子刻蚀(RIE, Reactive Ion Etch)，此种刻蚀方式兼具非等向性及高选择比等双重优点，刻蚀的进行主要靠化学反应来达成，以获得高选择比。
加入离子撞击的作用有二：一是将待刻蚀物质表面的原子键结破坏，以加速刻蚀速率；二是将再沉积于待刻蚀物质表面的产物或聚合物(Polymer)打掉，以便待刻蚀物质表面能再与反应刻蚀气体接触。
非等向性刻蚀的达成，则是靠再沉积的产物或聚合物，沉积于待刻蚀图形上，在表面的沉积物可被离子打掉，刻蚀可继续进行，而在侧壁上的沉积物，因未受离子的撞击而保留下来，阻隔了表面与反应刻蚀气体的接触，使得侧壁不受侵蚀，而获得非等向性蚀刻。
综合以上所言，等离子(干式)刻蚀的完成包含了以下几种过程：1) 化学反应，属等向性；离子辅助刻蚀， 2) 具方向性；保护层的形成， 3) 可避免侧壁遭受蚀刻； 4) 生成物残留的排除。
垂直的刻蚀轮廓(非等向性蚀刻)主要源自于两大原因：一为垂直方向的离子撞击，加速垂直方向的刻蚀；一为侧壁保护层的形成。
而侧壁保护层的形成种类有下列几种方式：1) 非挥发性的副产物，例如：SiBr4, SiO2, BrxOy；2) 光刻胶刻蚀时所产生之聚合物；3) 聚合物气体，例如：CFx, CClx, x<3；4) 侧壁表面氧化或氮化，例如：AlxNy, SixOy。
等离子刻蚀机制以硅刻蚀为例图 1-4 所示为含氟原子的等离子刻蚀硅薄膜的机制，反应后的产物为挥发性的 SiF4 及 SiF2 。
若以纯 CF4 等离子气体刻蚀硅或氧化硅薄膜，则刻蚀速率相对很慢。
但若将少量的氧气(O2)加入 CF4 气体中，则硅或氧化硅薄膜的蚀刻速率将大幅度增加，如图 1-5 所示。
氧气的加入通常伴随着等离子体中氟原子密度的增加，此乃由于氧与 CF4 反应而释出氟原子所致，可能的反应为：CF4 + O2 à COF2 + 2F。
氧气的加入并且消耗掉部份的碳，使得等离子体中的氟碳比增加，进而增进了硅或氧化硅薄膜的蚀刻速率。
从图 1-5 亦可看出，在氧的添加后，对硅的刻蚀速率提升要比氧化硅来得快，由此可知，氧的加入将使得氧化硅对硅的刻蚀速率选择比降低。
但若将氧的含量持续增加，则额外的氧将会把氟原子的浓度稀释，因而造成刻蚀速率的降低。
如果我们在 CF4 中加入氢气，则氢气分解成氢原子后与氟原子反应形成氟化氢(HF)。
对硅的刻蚀而言，氟原子浓度减少，使得刻蚀速率直线下降。
对氧化硅的刻蚀而言，虽然 HF 可刻蚀氧化硅，但蚀刻速率仍比原来慢了点。
因此，适量氢气的加入可提升氧化硅对硅的刻蚀选择比。
1-6 为加入氢气后，图硅、氧化硅及光刻胶刻蚀速率的变化情形。
氟碳比模型(Fluorine-to-Carbon Ratio Model) 在氟碳化物的等离子体中，氟的作用是与基材表面反应，产生挥发性的产物，并藉由真空设备带出腔体外，因此当氟的成份增加时，刻蚀速率增加。
碳在等离子体中的作用为提供聚合物的来源，因此碳会抑制刻蚀的进行，当碳的成份增加时，将使得刻蚀速率减缓。
基于上述之原理，我们可以藉由等离子体中的氟/碳(F/C)比的变化来推测反应进行的方向。
在添加其它气体的状况下，亦会改变氟/碳比，因此反应的趋势可藉此来预知，此即称之为氟碳比模型。
氟碳比模型适用于以氟碳化物等离子体作为主要刻蚀机构的材料，除硅、氧化硅之外，在 TiN, Si3N4, W 等均可适用。