干法刻蚀和湿法刻蚀
纳米刻蚀工艺中的干法刻蚀与湿法刻蚀比较
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。
晶圆刻蚀工艺
晶圆刻蚀工艺
晶圆刻蚀工艺是一种制造集成电路的重要工艺。
其基本原理是将蚀刻液浸入晶圆表面，通过光刻等工艺制作出待加工部位，然后加入激发剂和酸碱等反应物，使其与晶圆表面发生化学反应，将待加工部位去除，从而形成所需的模式和结构。
具体的刻蚀工艺可以分为干法和湿法两种。
其中，干法刻蚀工艺利用离子束、电子束或激光等能量高、速度快的精密加工工具，将待加工部位“烧掉”或“削掉”，精度高。
湿法刻蚀工艺则是通过刻蚀液与晶圆表面反应，将待加工部位溶解和蚀刻，具有速度快、成本低的优点。
晶圆刻蚀工艺在微电子、光电子、纳米科学等领域都有广泛应用，并且不断发展创新。
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。
光伏电池刻蚀原理
光伏电池刻蚀原理
光伏电池是一种利用光能转化为电能的装置，其核心部件就是光伏电池片。
而光伏电池片的制作过程中，刻蚀技术起着至关重要的作用。
那么，光伏电池刻蚀是如何进行的呢？下面就让我们来揭开刻蚀的神秘面纱。
刻蚀技术是通过化学反应来去除光伏电池片表面一定厚度的材料，以达到制作所需结构的目的。
在光伏电池片的制作过程中，刻蚀主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种方式。
湿法刻蚀是指通过溶液中的化学反应来去除电池片表面的材料。
在湿法刻蚀过程中，首先需要选择合适的刻蚀液，常见的有盐酸、氢氟酸等。
然后，将待刻蚀的电池片浸泡在刻蚀液中，使其表面受到刻蚀。
不同的刻蚀液对应不同的刻蚀速率，因此需要根据需要调整刻蚀时间，以控制刻蚀深度。
干法刻蚀则是利用气体或等离子体来去除电池片表面的材料。
在干法刻蚀过程中，首先需要将电池片置于刻蚀室中，然后通过加热或施加高频电场等方式激活刻蚀气体，使其与电池片表面发生反应。
刻蚀气体会将电池片表面的材料剥离，并排出刻蚀室外。
通过刻蚀技术，可以实现对光伏电池片表面形貌的精确控制，从而提高光伏电池的光吸收能力和转换效率。
刻蚀可以去除电池片表面的微结构缺陷，使其表面更加光滑。
同时，刻蚀还可以调节电池片的厚度，以达到最佳的光吸收效果。
总的来说，光伏电池刻蚀是一项重要的制造技术，通过刻蚀可以改善光伏电池片的光吸收能力和转换效率。
无论是湿法刻蚀还是干法刻蚀，都需要精确控制刻蚀参数，以实现最佳的刻蚀效果。
随着技术的不断发展，相信光伏电池的制造技术也会越来越先进，为人类提供更多清洁能源。
太阳能电池刻蚀原理
太阳能电池刻蚀原理太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的装置，它起到了关键的作用，使得可再生能源的利用成为可能。
而太阳能电池的核心部件就是光伏电池芯片。
光伏电池芯片是由多层材料组成的薄片，其中的刻蚀工艺在制造过程中起到了至关重要的作用。
刻蚀是一种通过化学或物理手段将材料表面的一部分去除的加工方法。
在太阳能电池的制造过程中，刻蚀被广泛应用于光伏电池芯片的制备。
刻蚀的目的是为了改变材料的形状、尺寸和性能，从而提高光伏电池的效率。
在太阳能电池的制造中，常用的刻蚀方法有湿法刻蚀和干法刻蚀两种。
湿法刻蚀是利用化学溶液对材料表面进行腐蚀，以达到改变表面形态的目的。
干法刻蚀则是通过高能离子束或者等离子体对材料进行加工，使其表面发生形貌的变化。
光伏电池芯片的刻蚀主要是为了增加其表面积，从而增强光伏效应。
太阳能电池的工作原理是通过光子的能量激发材料中的电子，使其跃迁到导电层，形成电流。
而光伏电池芯片的表面积越大，能够吸收太阳光的能力就越强，从而产生的电流也就越大。
在制造光伏电池芯片时，刻蚀可以通过控制刻蚀液的浓度、温度和刻蚀时间来实现。
刻蚀液中的化学物质会与材料表面的原子相互作用，使其发生腐蚀。
通过调整刻蚀液的参数，可以控制刻蚀速率和刻蚀深度，从而达到理想的刻蚀效果。
刻蚀过程中还需要考虑材料的选择和掩膜的设计。
材料的选择要考虑其对刻蚀液的耐蚀性和刻蚀速率的影响。
而掩膜的设计则是为了保护不需要刻蚀的区域，防止刻蚀液对芯片其他部分的损伤。
刻蚀技术的发展对太阳能电池的制造起到了重要的推动作用。
通过刻蚀工艺的优化，可以实现光伏电池芯片表面的微纳结构调控，提高光的吸收能力，增加电流输出，从而提高太阳能电池的转化效率。
刻蚀是太阳能电池制造中不可或缺的工艺之一。
通过刻蚀，可以改变光伏电池芯片的表面形态和性能，提高光的吸收能力，增加电流输出。
刻蚀技术的不断发展和优化将进一步推动太阳能电池的性能提升和应用拓展。
简述刻蚀工艺的主要作用
简述刻蚀工艺的主要作用
刻蚀工艺的主要作用是在光刻的基础上，有选择地转移图形。
具体来说，刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料，其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。
在半导体制程中，刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，在光刻的基础上有选择地进行图形的转移。
刻蚀技术主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。
干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀；湿法刻蚀主要利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀。
刻蚀工艺发展历程
刻蚀工艺发展历程刻蚀工艺是一种常用的微纳加工技术，通过控制化学反应或物理过程，将材料表面的部分物质去除，从而得到所需的结构和形状。
在微电子、光学、生物医学等领域都有广泛应用。
本文将从刻蚀工艺的起源开始，逐步介绍其发展历程。
一、起源与初期发展刻蚀工艺的起源可以追溯到20世纪初期。
最早的刻蚀方法是机械刻蚀，即使用机械设备进行刻蚀，如机械雕刻机。
这种方法虽然简单粗暴，但却被广泛应用于半导体和光学器件的制造中。
随着科学技术的进步，人们开始尝试利用化学方法进行刻蚀。
1927年，美国化学家R. W. Wood首次提出了化学刻蚀的概念，并成功地利用酸性溶液对金属表面进行了刻蚀。
这一发现开启了刻蚀工艺的新篇章。
二、湿法刻蚀的发展在20世纪中叶，随着半导体工业的兴起，湿法刻蚀成为主流。
湿法刻蚀是利用酸性或碱性溶液对材料表面进行刻蚀。
最早的湿法刻蚀方法是浸泡刻蚀，即将待刻蚀的材料浸泡在溶液中，通过溶液与材料表面的化学反应来实现刻蚀。
随着对刻蚀工艺的深入研究，人们逐渐发现了湿法刻蚀的一些局限性，如刻蚀速率低、刻蚀精度不高等。
为了解决这些问题，人们开始探索新的湿法刻蚀方法。
1950年代，美国贝尔实验室研究人员发现，通过加热溶液可以显著提高刻蚀速率，这就是热刻蚀。
热刻蚀利用高温加速化学反应速率，从而提高刻蚀速率和精度。
人们还发现了选择性刻蚀的方法。
选择性刻蚀是指在刻蚀过程中，只对特定材料或特定方向进行刻蚀，而不影响其他材料或方向。
这种方法广泛应用于半导体器件的制造中，可以实现微米级的精确刻蚀。
三、干法刻蚀的崛起随着微纳加工技术的发展，湿法刻蚀逐渐暴露出一些局限性，如溶液的浓度控制困难、污染问题等。
为了解决这些问题，人们开始研究干法刻蚀。
干法刻蚀是利用气体或等离子体进行刻蚀。
最早的干法刻蚀方法是离子束刻蚀，即利用高能离子束对材料表面进行刻蚀。
离子束刻蚀可以实现高速刻蚀和高精度刻蚀，但设备复杂、成本高，限制了其应用范围。
后来，人们发现了等离子体刻蚀的方法。
刻蚀工艺名词解释
刻蚀工艺名词解释
把未被抗蚀剂掩蔽的薄膜层除去，从而在薄膜上得到与抗蚀剂膜上完全相同图形的工艺。
在集成电路制造过程中，经过掩模套准、曝光和显影，在抗蚀剂膜上复印出所需的图形，或者用电子束直接描绘在抗蚀剂膜上产生图形，然后把此图形精确地转移到抗蚀剂下面的介质薄膜（如氧化硅、氮化硅、多晶硅）或金属薄膜（如铝及其合金）上去，制造出所需的薄层图案。
刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，有选择地把没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜层除去，从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。
刻蚀技术主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。
干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀；湿法刻蚀主要利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀。
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。
(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
硅刻蚀
硅刻蚀技术简介在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。
湿法刻蚀即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刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。
因为湿法刻蚀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，因此湿法刻蚀过程为等向性。
湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。
湿法刻蚀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、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。
但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：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) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。
基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。
1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理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。
干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。
其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。
刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。
对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。
对于化学反应性刻蚀则是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的反应生成物（各向同性），并被真空设备抽离反应腔。
半导体图案化工艺流程之：刻蚀
半导体图案化工艺流程之：刻蚀图案化工艺包括曝光(Exposure)、显影(Develope)、刻蚀(Etching)和离子注入等流程。
其中，刻蚀工艺是光刻（Photo）工艺的下一步，用于去除光刻胶（Photo Resist，PR）未覆盖的底部区域，仅留下所需的图案。
这一工艺流程旨在将掩模（Mask）图案固定到涂有光刻胶的晶圆上（曝光→显影）并将光刻胶图案转印回光刻胶下方膜层。
随着电路的关键尺寸（Critical Dimension, CD）小型化（2D视角），刻蚀工艺从湿法刻蚀转为干法刻蚀，因此所需的设备和工艺更加复杂。
由于积极采用3D单元堆叠方法，刻蚀工艺的核心性能指数出现波动，从而刻蚀工艺与光刻工艺成为半导体制造的重要工艺流程之一。
一、沉积和刻蚀技术的发展趋势在晶圆上形成“层（Layer）”的过程称为沉积（化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）和物理气相沉积（PVD）），在所形成的“层”上绘制电路图案的过程称为曝光。
刻蚀是沉积和曝光工艺之后在晶圆上根据图案刻化的过程。
光刻工艺的作用类似于画一张草图，真正使晶圆发生明显变化的是沉积和刻蚀工艺。
自从半导体出现以来，刻蚀和沉积技术都有了显著发展。
而沉积技术最引人注目的创新是从沟槽法（Trench）转向堆叠法（Stack），这与20世纪90年代初装置容量从1兆位（Mb）DRAM发展成4兆位（Mb）DRAM相契合。
刻蚀技术的一个关键节点是在2010年代初，当时3D NAND闪存单元堆叠层数超过了24层。
随着堆叠层数增加到128层、256层和512层，刻蚀工艺已成为技术难度最大的工艺之一。
二、刻蚀方法的变化在2D（平面结构）半导体小型化和3D（空间结构）半导体堆叠技术的发展过程中,刻蚀工艺也在不断发展变化。
在20世纪70年代，2D半导体为主流，电路关键尺寸（CD）从100微米（㎛）迅速下降到10微米（㎛），甚至更低。
在此期间，半导体制造流程中的大部分重点工艺技术已经成熟，同时刻蚀技术已经从湿法刻蚀过渡到干法刻蚀。
刻蚀
在半导体制程中，单晶硅与多晶硅的刻蚀通常包括湿法刻蚀和干法刻蚀，两种方法各有优劣，各有特点。
湿法刻蚀即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刻胶掩膜覆盖的部分，而达到刻蚀的目的。
因为湿法刻蚀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，因此湿法刻蚀过程为等向性。
湿法刻蚀过程可分为三个步骤：1) 化学刻蚀液扩散至待刻蚀材料之表面；2) 刻蚀液与待刻蚀材料发生化学反应； 3) 反应后之产物从刻蚀材料之表面扩散至溶液中，并随溶液排出。
湿法刻蚀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、高产能及优越的刻蚀选择比等优点。
但相对于干法刻蚀，除了无法定义较细的线宽外，湿法刻蚀仍有以下的缺点：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) 光刻胶掩膜附着性问题；4) 气泡形成及化学腐蚀液无法完全与晶片表面接触所造成的不完全及不均匀的刻蚀。
基于以上种种原因，这里就以下三个方面着重介绍下干法刻蚀。
1、硅等离子体刻蚀工艺的基本原理 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。
干法刻蚀可以实现各向异性，垂直方向的刻蚀速率远大于侧向的。
其原理如图所示，生成CF基的聚合物以进行侧壁掩护，以实现各向异性刻蚀。
刻蚀过程一般来说包含物理溅射性刻蚀和化学反应性刻蚀。
对于物理溅射性刻蚀就是利用辉光放电，将气体解离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被蚀刻物的表面，而将被蚀刻物质原子击出（各向异性）。
对于化学反应性刻蚀则是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的反应生成物（各向同性），并被真空设备抽离反应腔。
干法刻蚀和湿法刻蚀制备硅微尖的比较
干法刻蚀和湿法刻蚀制备硅微尖的比较王维彪 金长春 赵海峰王永珍 殷秀华 范希武(中国科学院长春物理研究所,长春 130021)梁静秋 姚劲松(中国科学院长春光学精密机械研究所,长春 130022)摘要 主要研究了用干法刻蚀和各向同性湿法刻蚀的方法在〈100〉晶面和〈111〉晶面的单晶硅衬底上制备硅微尖.结果表明干法刻蚀和〈111〉晶面的硅衬底各向同性湿法腐蚀容易制备出顶端曲率半径比较小的硅微尖,通过实验,最后得到曲率半径10～20nm 的硅微尖.关键词 硅微尖,冷阴极,干法刻蚀,湿法刻蚀1 引 言硅微尖场发射阵列是真空微电子器件的重要电子源,在FED 及微电子器件中有着广泛的应用前景.由于它和微电子集成工艺兼容,硅工艺成熟,从而得到人们的重视.自从H .F .Gray 制备出硅微尖阵列[1],现已发展了多种方法制备硅微尖阵列,比较典型的有干法刻蚀和湿法刻蚀.我们研究了干法刻蚀和湿法刻蚀两种方法对硅微尖的形成及顶端曲率半径的影响,以及用不同直径的图形刻蚀硅微尖时的形状及对硅微尖的纵横比(asp ect 2rati o )的影响.2 硅微尖的制备过程实验选用单面抛光〈111〉和〈100〉晶向的单晶硅衬底,电阻率分别为138 c m 和108c m .衬底经过氧化、光刻腐蚀后进行干法刻蚀和湿法刻蚀.干法刻蚀:采用的设备为磁控反应离子刻蚀机.所用的气体为SF 6和O 2气的混合气体,压强为:13Pa ,功率为:100W ,频率为:13.56M H z.湿法刻蚀:采用的腐蚀剂为H F HNO 3 H 2O =1.5 15 5的混合液.将样品放入溶液中进行刻蚀,时间根据需要确定.刻蚀出的微尖样品用扫描电镜(SE M )进行观察.3 结果和讨论制备硅微尖的毛坯形状对硅微尖的质量有很大的关系,只有凹面的原坯才可以制备出顶端曲率半径比较小的硅微尖.对于干法刻蚀来说,制备具有凹面的硅尖原坯,晶面的选择对原坯的形状影响不大.对于湿法刻蚀,晶面的选择对原坯的形状影响很大.为了用湿法刻蚀制备具有凹面的硅尖原坯,我们选择了〈111〉面单晶硅衬底制备硅微尖.1)干法刻蚀制备硅微尖所用〈100〉晶向的单晶硅作衬底,其工艺过程如下图1所示.干法刻蚀的腐蚀机理比较复杂,它既有化学反应又有物理的过程,纵向反应速率和横向反应速率的选择很重要.如果横向反应速率大了,则刻蚀出的硅尖原坯高度不够,影响其纵横比,而且经氧化腐蚀后制备出的硅尖的曲率也不理想.第19卷 第3期发 光 学 报V o l.19,N o.31998年9月 CH I N ESE JOU RNAL O F LUM I N ESCEN CE Sep t.,1998图1 干法刻蚀制备硅微尖的工艺示意图F ig .1 T he cou rse illu strati on of Si 2ti p s fab ricati on by dry etch ing .我们知道,硅尖高度小,减小了绝缘层厚度,使栅极和衬底之间的电容加大,击穿电压阈值降低,使栅极加电压受到限制.所以选择腐蚀很重要.我们选择纵向腐蚀速率大于横向腐蚀速率,增大硅微尖的原坯高度,以便于提高硅尖的纵横比,如图2所示的硅尖原坯是提高纵向刻蚀速率和减小Si O 2掩膜直径后制备的.图3是硅尖原坯经过氧化、腐蚀后制备出的硅尖照片,尖端曲率半经约为10～20nm .2)各向同性湿法刻蚀制备硅微尖的工艺如图4所示.图2 干法刻蚀制备硅尖原坯的扫描电镜照片F ig .2 T he SE M i m age of Si 2ti p o riginal shapefab ricated by dry etch ing.图3 干法刻蚀制备的硅微尖F ig .3 T he i m age of Si 2ti p fab ricated by dry etch ing.图4 湿法刻蚀制备硅微尖的工艺示意图 F ig .4 T he cou rse illu strati on of Si 2ti p fab ricati onby w et etch ing .对于湿法各向同性刻蚀,由于腐蚀速率在纵向和横向比上难以调控,同时也考虑到制备带栅极硅冷阴极的需要,将Si O 2图形的直径设为3微米,比上面干法刻蚀的直径大些.图5是在腐蚀剂H F HNO 3 H 2O =1.5 15 5中一步腐蚀成的硅微尖.用高分辨扫描电镜观察硅微尖的顶端曲率半径约为10～15nm ,高度约为1.4Λm .372第3期王维彪等:干法刻蚀和湿法刻蚀制备硅微尖的比较 图5 湿法刻蚀制备的硅微尖F ig.5 T he SE M i m age of Si2ti p fab ricatedby w et etch ing.从上面的实验可以看出,选择好腐蚀剂和硅衬底的晶向,湿法刻蚀也能制备出顶端曲率半径很小的硅微尖.我们用干法刻蚀和湿法刻蚀的方法,制备出顶端曲率半径都比较小的硅微尖.干法刻蚀具有刻蚀速率可以调控、对晶面方向无要求、Si O2掩膜直径可以较小等优点,可以制备高质量、高密度的硅微尖冷阴极.对于湿法刻蚀制备硅微尖来说,如图中掩膜直径比较大,但这对在硅微尖上覆盖金刚石或其它材料有利.在制备工艺上,湿法刻蚀可以省去中间的氧化过程,直接进一步腐蚀即可制备出顶端曲率半径很小的硅微尖.其缺点是对衬底晶向及Si O2掩膜直径有要求.我们认为,干法刻蚀比湿法刻蚀在制备高质量、高密度带栅极硅冷阴极更有利、更方便.参 考 文 献[1]Gray H F,Camp isi G J,Greene R F.IEDM T ech.D ig.,1986,776.[2]M arcus R B,R avi T S,Gm itter T et al,A pp l.Phys.L ett.,1969,56(3):236.[3]黄庆安.硅微机械加工技术,科学出版社,1995,11.THE COM PAR IS ON OF Si-T IP FABR I CAT I ON M ETHOD S BET W EEN D RY ETCH ING AND W ET ETCH INGW ang W eib iao J in Changcun Zhao H aifengW ang Yongzhen Y in X iuhua Fan X i w u(Chang chun Institu te of P hy sics,Ch inese A cad e my of S ciences,Chang chun130021)L iang J ingqiu Yao J in song(Chang chun Institu te of Op tics and F ine M echanics,Ch inese A cad e my of S ciences,Chang chun130022)AbstractW e fab ricated Si2ti p s by dry etch ing〈100〉Si2sub strate and by one step w et chem i2 cal etch ing〈111〉Si2sub strate in so lu ti on of H F HNO3 H2O=1.5 15 5.T he radii of Si2ti p s’top abou t10～20nm w ere go tten after exp eri m en t.Key word Si2ti p,co ld cathode,dry etch ing,w et etch ing472 发 光 学 报第19卷。
第7章 刻蚀工艺
3）选择比 ：被刻蚀材料的刻蚀速率与掩膜或底层的刻蚀速 率的比值，选择比的控制通常与气体种类、比例、等离子
体的偏压功率、反应温度等有关系。
4）刻蚀轮廓 ：—般而言越接近90度越好，只有在少数特例 中，如在接触孔或走线孔的制作中，为了使后续金属溅镀 工艺能有较好的阶梯覆盖能力而故意使其刻蚀轮廓小于90 度。通常，刻蚀轮廓可利用气体的种类、比例和偏压功率 等方面的调节进行控制。
图7-4 磁场强化活性离子刻蚀设备示意图
3．电子回旋共振式等离子体刻蚀机
电子回旋共振(ECR)系统利用微波以及外加磁场来产
生光密度等离子体。当电子回旋率与外加微波频率相同时，
外加电场与电子的移动将发生共振，产生高离子化的等离 子体。电子回旋共振刻蚀系统如图7-5所示。
该系统有等离子体产生腔和扩散腔两个腔。微波由波
3、氮化硅的湿法刻蚀
Si3N4在半导体工艺中主要是作为场氧化层在进行氧化生
长时的屏蔽膜及半导体器件完成主要制备流程后的保护层。
可以使用加热180 C，85%的H3PO4溶液刻蚀Si3N4 ，其刻蚀 速率与Si3N4的生长方式有关，例如：用PECVD方式比用高
o
温LPCVD方法得到的Si3N4的刻蚀速率快很多。
材料同时被刻蚀，造成刻蚀选择性偏低。同时，被击出的
物质并非挥发性物质，这些物质容易二次沉积在被刻蚀薄 膜的表面及侧壁。
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
综上所述，湿法刻蚀设备简单、工艺操作方便， 一 般的常规生产均能满足要求。但各向同性刻蚀性太强，容 易出现横向钻蚀现象，如图7-1所示难以控制线宽，而且 刻蚀剂大多为腐蚀性较强的试剂，安全性较差。所以，已 逐渐被干法刻蚀代替。
oxide刻蚀原理
氧化物（Oxide）刻蚀是半导体制造和微纳加工领域中的一种关键技术，主要用 于去除硅片上的氧化层（如二氧化硅 SiO2）。刻蚀过程可以分为干法刻蚀和湿 法刻蚀两种主要方式，它们各自有不同的原理和应用场景。
干法刻蚀
干法刻蚀主要通过等离子体刻蚀（Plasma Etching）来实现，这是一种物理和 化学相结合的刻蚀方法。等离子体是含有等量正负电荷的离子、自由电子和中 性原子的气体，可以通过电磁场在真空环境中激发气体（如氟化气体 CF4、SF6 等）பைடு நூலகம்成。等离子体中的离子和自由基能够与氧化物表面发生反应，从而实现 刻蚀过程。
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2OSiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
这种方法的优点是操作简单、成本较低，但缺点是难以精确控制刻蚀深度和形 状，且安全性要求高（需要处理危险化学物质）。
选择依据
干法和湿法刻蚀的选择依据包括刻蚀精度、所需的设备、成本和特定应用需求 等。干法刻蚀尤其适用于需要高精度和复杂图案的微纳加工领域，而湿法刻蚀 则更适合于一些简单、成本敏感的应用场景。在实际的生产过程中，这两种方 法有时也会结合使用，以达到最佳的加工效果。
1. 物理刻蚀：等离子体中的离子被加速后以高速撞击材料表面，通过物理 撞击作用物理地移除表面材料。
2. 化学刻蚀：等离子体产生的活性自由基与氧化物表面反应，形成易挥发 的化合物，如 SiF4 等，从而被真空系统抽走。
湿法刻蚀
湿法刻蚀是利用化学液体溶剂来去除氧化层的一种方法。对于氧化物的刻蚀， 常用的刻蚀剂包括氢氟酸（HF）或其水溶液，因为氢氟酸能够与二氧化硅反应 生成可溶于水的六氟硅酸（H2SiF6）：
说明湿法刻蚀和干法刻蚀的区别
说明湿法刻蚀和干法刻蚀的区别湿法刻蚀的“液体浴”就很直白了。
它用的其实是酸性溶液或者碱性溶液，直接把需要去除的部分“溶解”掉。
就像你把铁器放进酸里，慢慢看它生锈、腐蚀。
湿法刻蚀常常用在那些对湿气不敏感的材料上，特别是像金属、氧化层这些。
你想，湿法就跟你清洗水果时的水流一样，哪里需要清洁，它就给你洗得干干净净。
虽然看起来简单明了，但有时候会有点“死板”，因为它可能会把周围的部分也一起影响到，导致“误伤”。
你想，它的过程有时候控制不精确，可能搞得一团糟，反正要有耐心，细节把控很重要。
说到干法刻蚀，哦哟，这个就厉害了。
它是通过气体离子反应，直接用化学或物理方式来“干”掉那些不需要的部分，简直像一阵猛风吹走了沙子一样，什么都不留下。
干法刻蚀的核心就是让气体离子“暴走”，它不怕湿气，也不怕环境复杂。
拿出那种高科技的设备，里面气体在高能量下撞击材料表面，把多余的部分吹走。
这样控制起来精度超高，可以做到微米甚至纳米级的精准度。
如果你需要在极其细小的地方精准操作，这个办法无疑是“神器”。
不过嘛，干法刻蚀也不是完美无缺的，它需要控制温度、压力和气体流量等因素，有时操作起来特别讲究，一点点差错就可能导致整个过程失败。
要是从效率来看，湿法刻蚀的速度就相对较快，毕竟液体流动比较自由，能迅速把材料去除。
而干法刻蚀就要慢慢来，毕竟它是通过离子撞击的方式，得慢工出细活。
但别看它慢，它的“精准度”可是个大杀器！如果你想在芯片上弄一些非常复杂的图案，干法刻蚀就显得尤为重要了。
而湿法刻蚀通常更适合大面积的处理，不需要那么多精细的图案操作，像是大片的金属表面清理，湿法那简直是快刀斩乱麻。
不过，湿法刻蚀也有个很头疼的问题，那就是容易产生废液，这些废液处理起来麻烦得很，不仅得消耗大量水，还得花费不少钱和精力去管理。
而干法刻蚀呢，就显得环保一些，因为它不会产生这么多的废物，只是气体排放问题需要注意，至少不像湿法那样，“水土不服”。
但是干法刻蚀的设备昂贵得让人咋舌，搞不好一个设备就要比一栋房子还贵。
08工艺-刻蚀
刻蚀
刻蚀
1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺
Materials Wafers Masks Design
硅片工艺流程
IC Fab Metallization
CMP
Dielectric deposition
Thermal Processes
Implant
Photolithography
氮化硅的湿法刻蚀
• 热 (150 to 200 °C) 磷 酸 H3PO4溶液。
• 对硅、二氧化硅有高选 择比。
• 应用于 LOCOS 和 STI 氮化硅去除。
Si3N4 + 4 H3PO4 Si3(PO4)4 + 4NH3
硅或多晶硅的湿法刻蚀
• 硅刻蚀通常使用混合的硝酸(HNO3) 和氢 氟酸(HF)。
干法刻蚀
• 主要为等离子体刻蚀 • 等离子体中含有高活性自由基和离子 • 自由基具有强烈的氧化性 • 离子具有一定的动能 • 仅利用活性自由基的纯化学刻蚀：PE • 同时化学和物理反应：RIE • 目前大部分图形刻蚀都采用RIE
干湿法刻蚀的比较
Etch Bias Etch Profile
Etch rate Selectivity Equipment cost Throughput Chemical usage
– 氩溅射刻蚀
化学方式
• 纯化学反应 • 反应产物是气体 • 高选择比 • 各向同性的形貌 • 例如:
– 干法去胶 – LOCOS 和STI 的氮化硅去除
物理/化学混合方式 （反应离子刻蚀 (RIE) ）
• 结合物理和化学的刻蚀 • 等离子体：离子轰击加上自由基反应 • 名字的误导, 应该称为离子辅助刻蚀 (IAE) • 高速可控的刻蚀速率 • 各向异性可控的形貌 • 好的可控的选择比 • 在8英寸厂所有的图形刻蚀都使用RIE工艺。
第二章干法刻蚀的介绍
第二章干法刻蚀的介绍2. 1刻蚀、干法刻蚀和湿法腐蚀2. 1 .1关于刻蚀刻蚀，是指用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。
刻蚀的基本目的，是在涂胶(或有掩膜)的硅片上正确的复制出掩膜图形[1]。
刻蚀，通常是在光刻工艺之后进行。
我们通常通过刻蚀，在光刻工艺之后，将想要的图形留在硅片上。
从这一角度而言，刻蚀可以被称之为最终的和最主要的图形转移工艺步骤。
在通常的刻蚀过程中，有图形的光刻胶层〔或掩膜层)将不受到腐蚀源显著的侵蚀或刻蚀，可作为掩蔽膜，保护硅片上的部分特殊区域，而未被光刻胶保护的区域，则被选择性的刻蚀掉。
2.1.2干法刻蚀与湿法刻蚀在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺：干法刻蚀和湿法腐蚀。
干法刻蚀，是利用气态中产生的等离子体，通过经光刻而开出的掩蔽层窗口，与暴露于等离子体中的硅片行物理和化学反应，刻蚀掉硅片上暴露的表面材料的一种工艺技术法[1]。
该工艺技术的突出优点在于，可以获得极其精确的特征图形。
超大规模集成电路的发展，要求微细化加工工艺能够严格的控制加工尺寸，要求在硅片上完成极其精确的图形转移。
任何偏离工艺要求的图形或尺寸，都可能直接影响产品性能或品质，给生产带来无法弥补的损害。
由于干法刻蚀技术在图形轶移上的突出表现，己成为亚微米尺寸下器件刻蚀的最主要工艺方法。
在特征图形的制作上，已基本取代了湿法腐蚀技术。
对于湿法腐蚀，就是用液体化学试剂(如酸、碱和溶剂等)以化学的方式去除硅片表面的材料。
当然，在通过湿法腐蚀获得特征图形时，也要通过经光刻开出的掩膜层窗口，腐蚀掉露出的表面材料。
但从控制图形形状和尺寸的准确性角度而言，在形成特征图形方面，湿法腐蚀一般只被用于尺寸较大的情况(大于3微米)。
由于这一特点，湿法腐蚀远远没有干法刻蚀的应用广泛。
但由于它的高选择比和批量制作模式，湿法腐蚀仍被广泛应用在腐蚀层间膜、去除干法刻蚀残留物和颗粒等工艺步骤中。
2. 2干法刻蚀的原理2. 2. 1干法刻蚀中的等离子体干法刻蚀工艺是利用气体中阴阳粒子解离后的等离子体来进行刻蚀的。
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1 干法刻蚀和湿法刻蚀
干法刻蚀是把硅片外表暴露于空气中产生的等离子体，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反响，从而去掉暴露的外表材料。
湿法腐蚀是以液体化学试剂以化学方式去除硅片外表的材料。
2刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片外表材料的速度，通常用。
A/min表示
刻蚀速率=T/t(。
A/min)
其中T=去掉的材料厚度
t=刻蚀所用的时间
为了高的产量，希望有高的刻蚀速率。
3刻蚀选择比指的是同一刻蚀条件下一种材料与另一种刻蚀材料相比刻蚀速率快多少。
他定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。
干法刻蚀的选择比低，通常不能提供对下一层材料足够高的刻蚀选择比。
高选择比意味着只刻除想要刻去的那层。
4干法刻蚀的主要目的完整的把掩膜图形复制到硅片外表上。
优点：刻蚀剖面是各向异性，具有非常好的侧壁剖面控制，
好的CD控制
最小的光刻胶脱落或粘附问题
好的片内，片间，批次间的刻蚀均匀性
较低的化学制品使用和处理费用
缺乏：对下层材料的差的刻蚀选择比，等离子体带来的器件损伤和昂贵的设备。
5化学机理：等离子体产生的反响元素与硅片外表的物质发生反响，为了获得高的选择比，进入腔体的气体都经过了慎重选择。
等离子体化学刻蚀由于它是各向同性的，因而线宽控制差。
物理机理：等离子体产生的带能粒子在强电场下朝硅片外表加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片外表材料。
6根本部件：发生刻蚀反响的反响腔，一个产生等离子体的射频电源，气体流量控制系统，去除刻蚀生成物和气体的真空系统。
氟刻蚀二氧化硅，氯和氟刻蚀铝，氯，氟和溴刻蚀硅，氧去除光刻胶。
7z微波鼓励源来产生高密度等离子体。
ECR反响器的一个关键点是磁场平行于反映剂的流动方向，这使得自由电子由于磁力的作用做螺旋形运动。
当电子的盘旋频率等于所加的微波电场频率时，能有效把电能转移到等离子体中的电子上。
这种振荡增加了电子碰撞的可能性，从而产生高密度的等离子体，获得大的离子流。
8氟基气体
三个步骤：1，预刻蚀，用于去除自然氧化层，硬的掩蔽层和外表污染物来获得均匀的刻蚀2，刻至终点的主刻蚀，用来刻蚀大局部的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。
3，过刻蚀，用于去除刻蚀残留物和剩余多晶硅，并保证对栅氧层的高选择比。
9 氮化硅掩蔽层是用热磷酸进行湿法化学剥离的，这种酸槽一般维持在160摄氏度左右并对露出的氧化硅具有所希望的高选择比，通过使用检控样片进行定时操作。
在暴露的氮化硅上会形成一层氮氧化硅，在去除前，需要在氢氟酸中进行短时间的处理。