刻蚀
刻蚀的目的和原理
刻蚀的目的和原理刻蚀（Etching）是一种制造微结构的重要工艺技术，广泛应用于电子器件制造、 MEMS器件制造、微纳光学器件制造及生物医学等领域。
刻蚀的目的是制造出具有特定形状的微结构，通过刻蚀能够获得精确的形状、尺寸和表面特性。
刻蚀的原理是通过各种刻蚀液溶解或腐蚀掉材料表面的部分物质并留下所需的微结构。
刻蚀液的成分取决于被加工的材料类型。
例如，在制造硅基器件时，氢氟酸（HF）和盐酸（HCl）的混合液可与硅表面发生反应，将其刻蚀，从而实现对硅器件的微结构加工。
刻蚀液的选择和工艺条件是微电子器件制造中的重要参数。
不同的刻蚀液、温度和浓度组合可以用于达到不同的刻蚀速率和选择性。
这些参数的控制可以控制微结构的精度和质量。
刻蚀可分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀是通过将加工样品浸入刻蚀液中来加工微结构。
干法刻蚀则是加热刻蚀物质以便溶解或氧化。
干法刻蚀的副产品比湿法刻蚀更少，因此精确的位置控制和形状控制可以得到更好的控制。
刻蚀的主要目的是为了制造出具有特定形状和尺寸的微结构。
一般来说，刻蚀的目的可归为以下几类：1.制造腔体和通道：在生物医学和微流控领域中，刻蚀用于制造体积小的腔体和通道，以用于单细胞分析和医学诊疗；在MEMS器件制造方面，刻蚀用于制造微型硅基结构，例如微机械传感器、以及微机电系统等。
2.制造光学器件：刻蚀涉及到微光学透镜，光栅和微型突型，这些形状对于光的方向和强度进行控制，可用于激光调制和其它光学器件。
3.制造微电子器件：用于制造微小的晶体管、集成电路、微电机和其它电子器件。
例如刻蚀可用于制造微小的金属线路，使微小电子器件相互连接。
刻蚀的选择和工艺条件取决于制造融合体的方法和所需的复杂度和精密度。
在IC制造过程中，有许多步骤，因此需要高度精细。
转子的加工需要一个高度复杂的刻蚀工艺过程，以确保要求的OEM标准的表面光滑度和几百万分之一的行程的形状精度。
总之，刻蚀是制造微结构的一种重要技术，能够实现对材料表面的微加工和纳米加工。
第10章 干法刻蚀
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反应离子束刻蚀
• 聚焦离子束(FIB)：经过透镜聚焦形成的、束径在0.1 m以 下的极微细离子束。 • FIB的离子源主要有液态金属离子源(LMIS，常选用金属 Ga)和电场电离型气体离子源(FI，常选用H2、He、Ne等) 两大类。
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反应离子束刻蚀
• 大束径离子束刻蚀：束径10~20 cm，效率高，质量均匀。 常用大束径离子束设备有两种：
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刻蚀参数
6. 聚合物
• 聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳与刻蚀气体和刻蚀生成物 结合在一起而形成的；能否形成侧壁聚合物取决于所使用的刻蚀 气体类型。 • 聚合物的形成有时是为了在刻蚀图形的侧壁上形成抗腐蚀膜从而 防止横向刻蚀，这样能形成高的各向异性图形，增强刻蚀的方向 性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀：通过气体放电，使刻蚀气体分解、电离，由产 生的活性基及离子对基板进行刻蚀的工艺过程；刻蚀精度： 亚微米。 湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除表面层 材料的工艺过程；刻蚀精度刻蚀参数:
• • • • • • •
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干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀 侧壁剖面 各向同性 示意图
各向同性(与设备和参数有关)
各向异性 (与设备和参数有关) 干法刻蚀 各向异性– 锥形
硅槽
湿法刻蚀是各向同性腐蚀， 不能实现图形的精确转移， 一般用于特征尺寸较大的 情况（≥3μｍ） 。
干法刻蚀有各向同性腐蚀，也 有各向异性腐蚀。各向异性腐 蚀能实现图形的精确转移，是 集成电路刻蚀工艺的主流技术。
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等离子体刻蚀
• 圆桶式等离子体刻蚀机
刻蚀系统的射频电场平行于硅片表面，不存在反应离子轰击， 只有化学作用（仅在激发原子或活性气氛中进行刻蚀）。
刻蚀工艺介绍
刻蚀工艺介绍一、概述刻蚀工艺是一种常用的微纳加工技术，用于在半导体材料表面上制造微米级或纳米级的结构。
该工艺通过使用化学或物理方法，将材料表面的一部分物质移除，从而实现对材料形貌、形状和尺寸的精确控制。
刻蚀工艺在半导体、光学、生物医学、纳米科技等领域具有广泛的应用。
二、刻蚀分类根据刻蚀介质的不同，刻蚀工艺可分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀是指将样品浸泡在特定溶液中，通过溶液中的化学反应来刻蚀样品表面；干法刻蚀则是在真空或气氛下，通过离子轰击或物理气相反应来刻蚀样品表面。
根据刻蚀模式的不同，刻蚀工艺又可分为均匀刻蚀和选择性刻蚀两种。
均匀刻蚀是指样品表面的物质均匀地被移除，形成平整的表面；选择性刻蚀则是指只有特定的材料被刻蚀，而其他材料不受影响。
三、湿法刻蚀湿法刻蚀是一种利用化学反应来刻蚀样品表面的方法。
常用的刻蚀液包括酸性、碱性和氧化性溶液。
酸性溶液可以刻蚀碱金属、半导体和金属材料，常见的有HF、HCl、H2SO4等；碱性溶液则可以刻蚀硅、氮化硅等材料，常见的有KOH、NaOH等；氧化性溶液则可以刻蚀金属和半导体，常见的有HNO3、H2O2等。
湿法刻蚀的优点是刻蚀速度快，刻蚀深度可控制，适用于大面积的刻蚀加工。
然而，湿法刻蚀的缺点是刻蚀剂对环境有一定的污染，并且刻蚀后需要进行清洗和处理。
四、干法刻蚀干法刻蚀是一种在真空或气氛中进行的刻蚀工艺，常用的刻蚀方式包括物理刻蚀和化学气相刻蚀。
物理刻蚀是利用离子轰击的方式来刻蚀样品表面，常用的设备有离子束刻蚀机和反应离子刻蚀机。
离子束刻蚀机通过加速和聚焦离子束，使其撞击样品表面，将表面物质溢出，从而实现刻蚀效果；反应离子刻蚀机则是将离子束与气体反应，生成化学反应产物，再通过气体流动将产物带走。
化学气相刻蚀是通过将刻蚀气体引入到反应室中，使其与样品表面发生化学反应，从而刻蚀样品表面。
干法刻蚀的优点是刻蚀速度快，刻蚀深度可控制，适用于高精度的刻蚀加工。
然而，干法刻蚀的缺点是设备复杂、昂贵，需要对真空系统进行维护和操作。
集成电路工艺：刻蚀
1. 引 言
1.1刻蚀的概念
刻蚀：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。
4.2常用材料的湿法刻蚀
1.二氧化硅湿法刻蚀 采用氢氟酸溶液加以进行。因为二氧化硅可与室
温的氢氟酸溶液进行反应，但却不会蚀刻硅基材 及多晶硅。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（NH4F）作 为缓冲剂的混合液，来进行二氧化硅的蚀刻。
下层的Ti ➢ 金属铝的刻蚀步骤多，工艺复杂
4. 湿法刻蚀
4.1 湿法刻蚀的原理
湿法刻蚀是将被刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀 的技术
这是各向同性的刻蚀方法，利用化学反应过程去除 待刻蚀区域的薄膜材料
湿法刻蚀，又称湿化学腐蚀法。半导体制造业一开 始，湿法腐蚀就与硅片制造联系在一起。现在湿法 腐蚀大部分被干法刻蚀代替，但在漂去氧化硅、除 去残留物、表层剥离以及大尺寸的图形腐蚀应用方 面起着重要作用。尤其适合将多晶硅、氧化物、氮 化物、金属与Ⅲ－Ⅴ族化合物等作整片的腐蚀。
干法刻蚀是各向异性刻蚀，用物理和化学方法， 能实现图形的精确转移，是集成电路刻蚀工艺的 主流技术。
各向同性刻蚀：侧向与纵向腐蚀速度相同 各向异性刻蚀：侧向腐蚀速度远远小于纵向腐蚀
半导体制造工艺刻蚀
半导体制造工艺刻蚀引言半导体制造工艺中的刻蚀是一项重要的工序。
在集成电路的制造过程中，刻蚀被广泛应用于制作电路各个层次的结构，包括电极、孔洞、互连线等。
刻蚀的目的是去除或改变材料表面的一部分，用于形成特定的结构，从而实现电路功能。
本文将介绍半导体制造工艺刻蚀的基本原理、常见的刻蚀方法以及一些刻蚀过程中的注意事项。
刻蚀的基本原理刻蚀是通过化学或物理方法将材料表面的一部分或全部去除，实现对材料的精确控制。
刻蚀的基本原理是在材料表面形成反应产物并将其移除。
化学刻蚀是利用化学反应溶解材料的表面。
通常使用的刻蚀液是一种含有特定化学成分的溶液，可以选择性地溶解掉被刻蚀材料的一部分。
化学刻蚀主要用于刻蚀金属材料，如铝、铜等。
物理刻蚀是通过物理方法去除材料表面的一部分。
物理刻蚀的常见方法有电子束刻蚀、离子束刻蚀和等离子体刻蚀等。
电子束刻蚀利用高速电子束的能量将材料表面的原子击碎并移除；离子束刻蚀则是利用离子束的能量将材料表面的原子击碎并移除；等离子体刻蚀则是通过在气体放电的等离子体中产生活跃化学物质，来溶解或腐蚀材料表面。
常见的刻蚀方法半导体制造过程中，常见的刻蚀方法包括湿法刻蚀和干法刻蚀。
湿法刻蚀湿法刻蚀是指使用刻蚀液对材料表面进行腐蚀或溶解的方法。
湿法刻蚀的优点是刻蚀速度快、刻蚀效果好；缺点是刻蚀过程中可能会产生有害气体，需要做好通风措施。
湿法刻蚀的常见方法有浸没刻蚀、喷雾刻蚀和旋转刻蚀等。
浸没刻蚀是将材料浸没在刻蚀液中，通过溶解蚀刻掉表面的材料。
喷雾刻蚀是将刻蚀液喷洒在材料表面，通过飞溅和冲击的方式刻蚀掉材料。
旋转刻蚀是将刻蚀液注入到旋转的容器中，利用旋转力使刻蚀液喷洒到材料表面，实现刻蚀作用。
干法刻蚀干法刻蚀是指利用气体等离子体或物理方法对材料表面进行刻蚀的方法。
干法刻蚀的优点是刻蚀过程中不产生液体，可以避免污染问题；缺点是刻蚀速度较慢。
干法刻蚀的常见方法有等离子体刻蚀、离子束刻蚀和电子束刻蚀等。
等离子体刻蚀是通过在气体放电的等离子体中产生活跃化学物质，来溶解或腐蚀材料表面。
第14章 刻蚀
刻蚀类型 湿法刻蚀
干法刻蚀
侧壁剖面
各向同性
各向同性性 (depending on equipment &
parameters) 各向异性 (depending on equipment & parameters) 各向异性
锥形
硅槽
示意图
各种刻蚀剖面
三．刻蚀偏差
刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺 寸间距的变化。它通常是由于横向钻蚀 （undercut）引起的，但也能由刻蚀剖面 引起。
在表面
应
各向异性 刻蚀
衬底
各向同性刻蚀
阴极
化学和物理的干法刻蚀机理
物理刻蚀
溅射的表面材料
反应正离子轰 击表面
化学刻蚀
原子团与表面膜的表面 反应
副产物的解吸 附
各向异性刻蚀
各向同性刻蚀
12.2.1 刻蚀作用
作用方式：
化学：高活性基团与硅片发生化学反应，类似湿法刻蚀。 物理：带能离子通过电场加速，轰击硅片，类似溅射。 化学+物理：二者结合。
表面反应
反应
在干法刻蚀中， 刻蚀包括离子 溅射和活性元素 与硅片表面的反 应
各向异性
差/难以提高 （1:1） 高 一般/好
各向同性
一般/好（5:1 至100:1） 中等 差
各向同性
各向同性至 各向异性
好/很好
一般/高（5:1
（高于500:1） 至100:1）
低 非常差 -
中等 好/非常好
【例2】电子在反应离子刻蚀（RIE）和高密度等
式中，R0是空腔刻蚀的速率，A是刻蚀薄膜暴露 的面积，k是跟工艺有关的常数。
六．残留物
刻蚀残留物常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形 的底部。
半导体器件工艺学之刻蚀
下游式刻蚀系统
离子束铣( Ion Milling) 是近年来发展较快的一种离 子剥离技术。该技术主要利用携带能量的离子轰 击靶材料所产生的物理溅射刻蚀效应
离子刻蚀速率表示如下: dh( H) / dt = R( H) / cos(H) = R( H) [ 1 + tan2( H) ]1/2
当离子束入射的角度较大时, 材料表面反射的离子束也增 多。因此, 随着角度H的增大 , 越来越少的离子渗入到材 料的有效表面。为保证离子 的有效渗入, 定义临界角Hc 。 离子束的溅射场与靶材料的 原子数Z 有关, 材料的原子数 Z 越高, 刻蚀速率越高; 反之 则越低。
本产品通过物理与化学相结合的方法，对很细的线条（亚微米以下）进行刻 蚀以形成精细的图形。 主要用于微电子、光电子、通讯、微机械、新材料、能源等领域的器件 研发和制造。
深层反应离子刻蚀(DRIE)
系统己经足以刻蚀深宽比超过50 的深槽硅结构，对于光阻的刻蚀 选择比己超过100:1，刻蚀深度均 匀度也可以控制在±3%以内。
中微发布Primo D-RIE刻蚀设备，面向22 纳米及以下工艺
中微半导体设备(上海)有限公司(以下简称“ 中微”)日前发布面向22纳米及以下芯片生产 的第二代300毫米甚高频去耦合反应离子刻 蚀设备--Primo AD-RIE。 2011年7月
Primo AD-RIE在促进中微第一代刻蚀设备技术创 新的同时，又大大扩大了其自身的加工领域。 该设备的主要部分是一组创新的少量反应台反应 器的簇架构，可以灵活地装置多达三个双反应台 反应器，以达到最佳芯片加工输出量。每个反应 器都可以实现单芯片或双芯片加工。独特的反应 器腔体设计融合了中微专有的等离子体聚焦和喷 淋头技术，确保了芯片加工的质量。Primo ADRIE的一些基本特征使其更具备28纳米以下关键刻 蚀加工的能力
刻蚀
铜 CuCl2挥发性较弱，一般不用化学方式进行
主要是采用物理高能粒子的轰击方式，将其
去除
钨的回蚀： 采用氟化物等离子体（例如：CF4、NF3、SF6
等），进行反应离子刻蚀，将覆盖于介电层 表面的钨去掉，只留下介电层导电孔内的钨， 此过程又称为钨的回蚀。
终点检测
由于干法刻蚀选择比较差些，过度刻蚀会造
ion etching）：通过活性离子对衬底的物理轰击 和化学反应双重作用刻蚀，
离子轰击加上自由基反应 具有溅射刻蚀和等离子刻蚀两者的优点
各向异性
选择性较好
目前，RIE已成为超大规模集成电路VLSI工
艺中应用最广泛的主流刻蚀技术
三种常见干法刻蚀方法的比较
等离子体刻蚀 刻蚀速率 选择性 刻蚀分布 终点控制 从高到低 很好 各向同性 时间或观察 溅射刻蚀 较低 较差 反应离子刻蚀 较高，可控 适中，可控
（1）等离子体引起损伤 原因：等离子体内具有一定能量的离子、电子 和处于激发状态的分子，对晶片表面的轰击会 产生机械损伤等。 形式：俘获界面电荷，材料缺陷迁移到主体材 料中等。
影响：
改变敏感器件的性质，如肖特基二极管的整流能
力降低； 在氧化层接触孔的刻蚀过程中，高分子聚合物的 淀积，会引起高的接触电阻； 在刻蚀过程中形成的挥发性物质会引起产品电学 性能的改变，影响稳定性等。
②
③ ④
特点 可实现各向异性的刻蚀，图形保真性高，有 很好的线宽尺寸控制，分辨率可在1µm以下 的精细图形加工的主要刻蚀方法； 刻蚀速率有较好控制，刻蚀均匀性好：片内， 片间以及批次间都可以保持较好的均匀性； 刻蚀选择性比湿法刻蚀差，要注意刻蚀终点 的监测。 设备复杂，成本高。
干法刻蚀的方法
刻蚀相关知识点总结
刻蚀相关知识点总结刻蚀技术主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀是在溶液中通过化学反应去除材料表面的工艺，而干法刻蚀是在气相中通过物理或化学反应去除材料表面的工艺。
下面将详细介绍刻蚀的相关知识点。
一、刻蚀的基本原理1. 湿法刻蚀原理湿法刻蚀是利用化学溶液对材料表面进行腐蚀或溶解的工艺。
湿法刻蚀的原理是在溶液中加入具有特定功能的化学试剂，使其与被刻蚀物质发生化学反应，从而去除材料表面的部分物质。
湿法刻蚀通常可以实现较高的刻蚀速率和较好的表面质量，但需要考虑溶液中的成分和温度对环境的影响。
2. 干法刻蚀原理干法刻蚀是利用气相中的等离子体或化学反应对材料表面进行腐蚀或清除的工艺。
干法刻蚀的原理是在高能离子束或化学气体的作用下，使被刻蚀物质表面发生物理或化学反应，从而去除材料表面的部分物质。
干法刻蚀通常可以实现更高的加工精度和更好的表面质量，但需要考虑设备的复杂性和成本的影响。
二、刻蚀的工艺参数1. 刻蚀速率刻蚀速率是刻蚀过程中单位时间内去除的材料厚度，通常以单位时间内去除的厚度为单位。
刻蚀速率的选择需要综合考虑刻蚀材料的性质、刻蚀条件、刻蚀设备和加工要求等因素。
2. 刻蚀选择性刻蚀选择性是指在多种材料叠加或混合结构中选择性地去除某一种材料的能力。
刻蚀选择性的选择需要考虑被刻蚀材料和其它材料之间的化学反应性和物理性质的差异，以实现精确的刻蚀。
3. 刻蚀均匀性刻蚀均匀性是指在整个刻蚀过程中去除材料的厚度分布情况。
刻蚀均匀性的选择需要考虑刻蚀设备和刻蚀条件对被刻蚀物质的影响，以实现均匀的刻蚀。
4. 刻蚀深度控制刻蚀深度控制是指在整个刻蚀过程中去除材料的深度分布情况。
刻蚀深度控制的选择需要综合考虑刻蚀设备和刻蚀条件对被刻蚀物质的影响，以实现精确的刻蚀深度。
5. 刻蚀环境控制刻蚀环境控制是指在整个刻蚀过程中对刻蚀环境（如溶液中的成分、气相中的气体、温度和压力等）的控制。
刻蚀环境控制的选择需要考虑被刻蚀材料的特性和加工的要求，以实现良好的刻蚀效果。
刻蚀方法分类
刻蚀方法分类
刻蚀方法可以分为物理刻蚀和化学刻蚀两大类。
1. 物理刻蚀：物理刻蚀是利用物理方法（如离子束、激光、电火花等）进行材料刻蚀的工艺。
其原理主要是通过物理作用将材料表面一层逐渐去除，以达到刻蚀的目的。
物理刻蚀具有精度高、对材料损伤小等优点，但刻蚀速率较慢，不适合大规模生产。
2. 化学刻蚀：化学刻蚀是利用化学反应进行材料刻蚀的工艺。
其原理主要是通过选择适当的化学试剂与材料表面发生化学反应，生成可溶性物质或气体，然后将其去除，以达到刻蚀的目的。
化学刻蚀具有刻蚀速率快、适用范围广等优点，但容易对材料造成较大的损伤。
此外，按照刻蚀工艺的不同，刻蚀方法还可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种。
干法刻蚀主要利用等离子体进行刻蚀，具有精度高、对材料损伤小等优点，但设备成本较高。
湿法刻蚀主要利用化学溶液进行刻蚀，具有刻蚀速率快、成本低等优点，但容易对材料造成较大的损伤。
在实际应用中，可以根据需要选择不同的刻蚀方法和工艺参数，以达到最佳的刻蚀效果。
(第六章)刻蚀知识讲解
干法刻蚀的缺点（与湿法腐蚀比） 1. 对下层材料的刻蚀选择比较差 2. 等离子体诱导损伤 3. 设备昂贵
干法刻蚀过程
1. 刻蚀气体进入反应腔 2. RF电场使反应气体分解电离 3. 高能电子、离子、原子、自由基等结合产生等离子体 4. 反应正离子轰击表面－各向异性刻蚀（物理刻蚀） 5. 反应正离子吸附表面 6. 反应元素（自由基和反应原子团）和表面膜的表面反
＝ ΔTsio2/ΔT胶
（a）0时刻
（b）t1时刻
5. 均匀性 刻蚀均匀性是指刻蚀速率在整个硅片或整批硅片上 的一致性情况。非均匀性刻蚀会产生额外的过刻蚀。
ARDE效应-微负载效应：Aspect Ratio Dependence Etching
Emax：最大刻蚀速率 Emin：最小刻蚀速率 Eave：平均刻蚀速率
(b) Substrate after etch
6.1 引 言
刻蚀的工艺目的: 把光刻胶图形精确地转移到硅片上，最后达到复制 掩膜版图形的目的。它是在硅片上复制图形的最后 主要图形转移工艺。
刻蚀工艺分类：干法刻蚀和湿法刻蚀
✓ 干法刻蚀：把要刻蚀的硅片放在具有反应气体的等 离子体真空腔中去除表面层材料的工艺过程。亚微 米
硅槽
湿法刻蚀是各向同性腐蚀， 干法刻蚀有各向同性腐蚀，也
不能实现图形的精确转移， 有各向异性腐蚀。各向异性腐
一般用于特征尺寸较大的
蚀能实现图形的精确转移，是
情况（≥3μｍ） 。
集成电路刻蚀工艺的主流技术。
3. 刻蚀偏差
刻蚀偏差是指刻蚀以后线宽或关键尺寸的变化 刻蚀偏差＝Wa－Wb
Wb
Wa
Bias
✓ 湿法刻蚀：把要腐蚀的硅片放在化学腐蚀液里去除 表面层材料的工艺过程。大于3微米
刻蚀的原理
刻蚀的原理
刻蚀是一种常见的微纳加工技术，广泛应用于半导体制造、光学器件制造、微电子器件制造等领域。
刻蚀的原理是利用化学溶液或等离子体等方式，通过对材料表面进行物理或化学的加工，来达到加工、改性或制备微纳米结构的目的。
刻蚀技术的发展对微纳加工领域起到了重要的推动作用，下面我们来详细了解一下刻蚀的原理。
首先，刻蚀的原理可以分为化学刻蚀和物理刻蚀两种方式。
化学刻蚀是利用化学溶液对材料表面进行溶解或反应，从而实现对材料的加工。
而物理刻蚀则是利用高能粒子束或等离子体对材料表面进行加工，通过物理撞击或能量转移来改变材料表面的形貌和性质。
其次，刻蚀的原理与刻蚀过程密切相关。
在化学刻蚀过程中，溶液中的化学成分和温度会影响刻蚀速率和表面质量，而在物理刻蚀过程中，粒子束的能量和角度会影响刻蚀深度和表面形貌。
因此，了解刻蚀的原理对于优化刻蚀过程、提高加工质量具有重要意义。
此外，刻蚀的原理还与材料的性质密切相关。
不同材料具有不同的化学成分和结构特征，因此对于不同材料的刻蚀过程，需要针对材料的性质进行调整和优化。
例如，对于硅材料的刻蚀，常采用氢氟酸等溶液进行化学刻蚀；而对于金属材料的刻蚀，则常采用离子束刻蚀等物理刻蚀方式。
总之，刻蚀的原理是多方面的，涉及材料科学、化学工程、物理学等多个领域的知识。
只有深入了解刻蚀的原理，才能更好地应用刻蚀技术，实现对微纳米结构的精确加工和制备。
希望通过本文的介绍，读者能够对刻蚀的原理有一个更加清晰的认识，为相关领域的研究和应用提供帮助。
刻蚀的工艺
刻蚀的工艺
刻蚀是一种常用的微纳加工工艺，通过将化学蚀刻剂作用于材料表面，使其在预定区域发生化学反应而被蚀刻掉，从而实现对材料的精确加工和形状控制。
刻蚀工艺广泛应用于半导体制造、光学元件制造、微纳米器件制造等领域。
刻蚀工艺通常分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
1. 湿法刻蚀：湿法刻蚀是指将材料置入含有化学蚀刻剂的溶液中，通过溶液中的化学反应来蚀刻材料表面。
湿法刻蚀具有高蚀刻速率、高选择性和较低的成本等特点。
常见的湿法刻蚀包括酸性刻蚀、碱性刻蚀、氧化物刻蚀等。
2. 干法刻蚀：干法刻蚀是指将材料置入低压或大气压等特定环境中，通过气体或等离子体的物理作用或化学反应来蚀刻材料表面。
干法刻蚀通常具有更高的加工精度和更好的表面质量，但蚀刻速率较慢。
常见的干法刻蚀包括物理刻蚀（如离子束刻蚀、电子束刻蚀）和化学气相刻蚀等。
刻蚀工艺是一项复杂的加工技术，需要根据具体材料和加工要求选择合适的刻蚀工艺和工艺参数，以获得所需的形状和尺寸。
同时，刻蚀还要考虑蚀刻剂的选择、工艺控制、蚀刻均匀性等方面，以保证加工质量和一致性。
集成电路工艺：刻蚀
4.2常用材料的湿法刻蚀
1.二氧化硅湿法刻蚀 采用氢氟酸溶液加以进行。因为二氧化硅可与室
温的氢氟酸溶液进行反应，但却不会蚀刻硅基材 及多晶硅。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（NH4F）作 为缓冲剂的混合液，来进行二氧化硅的蚀刻。
刻蚀参数
刻蚀速率 刻蚀偏差 选择比 均匀性 刻蚀剖面
刻蚀现象
残留物 聚合物 等离子体诱导损伤 颗粒沾污和缺陷
2.1刻蚀速率
刻蚀速率是指刻蚀过程中去除表面层材料的速度。
刻蚀速率＝△T/t 其中△T为去掉薄层材料的厚度（单位：埃/分、 或nm/min）、t为刻蚀时间（单位：分）
2.2 刻蚀偏差
刻蚀机理 反应离子刻蚀属于物理和化学混合刻蚀
①进入真空反应室的刻蚀气体在射频电场的作用下分解 电离形成等离子体，等离子体由高能电子、反应正离 子、自由基、反应原子或原子团组成。
②反应室被设计成射频电场垂直于被刻蚀样片表面，且 射频电源电极（称为阴极）的面积小于接地电极（称 为阳极）的面积时，在系统的电源电极上产生一个较 大的自偏置电场。
集成电路工艺：刻蚀
1. 引 言
1.1刻蚀的概念
刻蚀：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。
刻蚀的原理
刻蚀的原理刻蚀是一种通过化学或物理的方式，在材料表面上制造微米或纳米级别的微细结构的加工技术。
它在半导体、光学、医学、微纳米加工等领域具有重要的应用价值。
刻蚀的原理主要包括化学刻蚀和物理刻蚀两种方式。
化学刻蚀利用化学试剂对材料表面发生化学反应，溶解或氧化表面材料来达到刻蚀的效果。
这种方法通常用于刻蚀金属、半导体、玻璃和陶瓷等材料。
其中最常用的化学刻蚀方法包括湿法刻蚀和干法刻蚀。
湿法刻蚀是指将材料放入酸性或碱性的溶液中，通过溶液中的化学试剂对材料表面进行化学反应而达到刻蚀的目的。
常用的湿法刻蚀试剂包括氢氟酸、氢氧化钠、硝酸、氢氧化铵等。
这些试剂能够与材料表面发生反应，溶解或氧化掉材料表面从而实现刻蚀的效果。
干法刻蚀是指在气相中利用化学气相刻蚀试剂对材料进行刻蚀。
常用的干法刻蚀气相试剂包括氯气、氟气、氩气、氧气等。
通过将这些气体与材料表面产生化学反应，溶解或氧化掉材料表面来实现刻蚀效果。
另一种刻蚀的方式是物理刻蚀，物理刻蚀是指利用能量粒子（如离子、电子、中性维、光子等）对材料进行直接轰击，通过在材料表面形成缺陷或者改变表面状态来实现刻蚀。
离子刻蚀是物理刻蚀中常见的一种方法，利用加速到高速度的离子束对材料表面进行轰击，使材料表面发生缺陷或者扭曲，从而实现刻蚀效果。
离子束的枪在处理头中生成目标离子（如氮、氖、氩、氖等）通过转向和侧推定位设备聚焦到微米或者更小的针对区域上，降低精确刻蚀目标物的实际需求。
电子束刻蚀是利用高能电子束对材料进行直接轰击，使材料表面的原子或分子发生移动或者排列变化，从而实现刻蚀效果。
这种方法对于光刻技术中的微米或纳米级别的加工非常有效。
光刻技术是一种利用光对材料表面进行刻蚀的方法，通过在光刻胶上投放光源，并根据需要的图案的轮廓聚集在光刻胶表面上，形成均匀的光图案，然后将这些图案传送到光敏化的硅片表面，然后进行暴露通过化学处理的方式，得到图案化的硅片表面。
刻蚀技术是当前微纳米加工中非常重要的一种工艺手段，它能够实现对材料表面微细结构的精确加工，具有很强的可控性和精确性。
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。
ekc刻蚀比例
ekc刻蚀比例摘要：1.EKC 刻蚀原理2.EKC 刻蚀比例的定义3.EKC 刻蚀比例的计算方法4.EKC 刻蚀比例的影响因素5.EKC 刻蚀比例在实际应用中的意义正文：1.EKC 刻蚀原理EKC（Etching 昆山）刻蚀是一种在微电子制造中广泛应用的化学反应过程，主要用于去除硅片表面的不必要材料。
EKC 刻蚀采用氯气和氧气混合气体作为刻蚀气体，通过加热和在气压下进行反应，以去除硅片表面的杂质和氧化层。
EKC 刻蚀具有选择性好、刻蚀速度快、刻蚀深度均匀等优点，因此在微电子制造领域具有重要的应用价值。
2.EKC 刻蚀比例的定义EKC 刻蚀比例是指在EKC 刻蚀过程中，氯气和氧气的摩尔比例。
通常用Cl2/O2 表示，其中Cl2 表示氯气的摩尔数，O2 表示氧气的摩尔数。
EKC 刻蚀比例对于刻蚀效果和刻蚀选择性具有重要影响。
3.EKC 刻蚀比例的计算方法EKC 刻蚀比例的计算方法是根据氯气和氧气的流量来计算其摩尔比例。
具体计算公式为：Cl2/O2 = (Q_Cl2 / F2) / (Q_O2 / F1)其中，Q_Cl2 和Q_O2 分别是氯气和氧气的流量（单位：立方米/小时），F1 和F2 分别是氧气和氯气的摩尔浓度（单位：mol/L）。
4.EKC 刻蚀比例的影响因素EKC 刻蚀比例的影响因素主要包括以下几个方面：（1）氯气和氧气的流量：氯气和氧气的流量越大，刻蚀速度越快，但可能会导致刻蚀选择性降低。
（2）氯气和氧气的摩尔浓度：氯气和氧气的摩尔浓度越高，刻蚀深度越深，但过高的浓度可能会导致刻蚀过度。
（3）反应温度和压力：反应温度和压力的升高可以提高刻蚀速度，但过高的温度和压力可能会对刻蚀选择性产生负面影响。
5.EKC 刻蚀比例在实际应用中的意义EKC 刻蚀比例在实际应用中具有重要意义，因为它可以影响刻蚀过程的选择性和刻蚀效果。
合适的EKC 刻蚀比例可以获得较好的刻蚀效果和较高的刻蚀选择性，从而提高微电子器件的性能和可靠性。
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二. 常用材料的腐蚀剂
待腐蚀材料 Si (单晶) Si（多晶） SiO2 Si3N4 Al Mo,W,Ta,Ti Cr,V Au,Pt WSi2, Mo Si2 光刻胶
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腐蚀剂 CF4, CF4+O2 CF4, C2F6+Cl2, CCl6+Cl2, CF4+H2, C3F8 CF4, CF4+O2,CF4+H2, BCl3+Cl2, CCl4+Cl2, CF4+O2 CF4+O2, Cl2+O2 C2 Cl2F4+O2, C2 Cl2F4 CF4+O2，SF6+O2 ，N F2 O2
洁净度
防止沾污
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§3 刻蚀方法
干法刻蚀:横向腐蚀小,钻蚀小,
无化学废液,分辨率高,细线条 操作安全，简便；处理过程未引入污 染：易于实现自动化，表面损伤小
缺点:成本高,设备复杂
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8
湿法刻蚀:操作简单,成本低廉,
用时短
湿法干法结合
湿法去表层胶，干法去底胶
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去胶
等离子去除胶底膜 紫外光分解去胶原理:光刻胶薄膜在 强紫外光照射下, 分解为可挥发性气 体（如CO2、H2O），被侧向空气带 走。
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五.等离子刻蚀设备
圆筒型 平板型
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20
( )
硅反 片应 接离 地子 刻 蚀 结 构 示 意 图
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5
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－ )
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刻蚀时间差
TM－Tm=[ h*(1+ ) / V*(1- ) ] －[h*(1－ ) / V*(1+ )] 粗细线条兼顾，折中
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三.影响刻蚀速度的条件
气体压力 气体流量 射频功率 温度 负载效应 腐蚀剂选择比
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刻铝中的问题
铝表面的氧化铝难刻 中间产物AlCl4,BCl3淀积在 表面，阻止刻蚀
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四.湿法腐蚀
湿法的刻蚀原理： 湿法是接
触型腐蚀，以HF酸腐蚀SiO2为例： SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O此反应的产物 是气态的 SiF4和水,其反应速率R可用 Arrhenius 方 程 描 述 ： R = R0exp(Ea/kT) ，其中 R0 是常数， Ea 是反应的 激活能， k 是玻耳兹曼常数， T 是温度。
第七章 刻蚀工艺
基本概念
定义：用光刻方法制成的微图形， 只给出了电路的行貌，并不是真正 的器件结构。因此需将光刻胶上的 微图形转移到胶下面的各层材料上 去，这个工艺叫做刻蚀。
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• 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。
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2
§2 VLSI对图形转移的 要求
保真度 选择比 均匀性 清洁度
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dm
dm
dm
df
df
df
保真度：
A=|df－dm| / 2h
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1<A< 0
4
选择比：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
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2015//25
2015/10/25
反 应 离 子 刻 蚀 结 构 示 意 图
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双 向 等 离 子 刻 蚀 示 意 图
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六.光刻技术的发展
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24
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CF4 CF3+F* CF3 CF2+F* CF2 CF+F* Si+4F* SiF4 SiO2+4F* SiF4 +O2 Si3N4+4F* 3SiF4 +2N2
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2.铝及其合金----氯基 CCl4,CHCl3
3.难熔金属－－氯基或氟基 TaSiX+nF－－TaF5+SiF4 TaSiX+nCl－－TaCl5+SiCl4 4.光刻胶－－－O2
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一.干法刻蚀原理
基本原理：腐蚀剂气体与被腐蚀样品 表面接触来实现腐蚀。
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两类物质的腐蚀：
反应腔加上射频电场，刻蚀气体放电产生 等离子体，等离子体处于激发态，有很 强的化学活性，撞击在硅片上，发生反 应，腐蚀硅化物。 1.多晶硅、氧化硅、氮化硅，采用CF4刻蚀