深硅刻蚀工艺原理
多晶硅深度反应离子刻蚀代加工
多晶硅深度反应离子刻蚀代加工多晶硅深度反应离子刻蚀代加工是一种技术，可以用于制造精密，复杂的微型零件。
其原理是用深度反应离子刻蚀（DRIE）技术代替传统的刻蚀技术，以制备多晶硅（Si）表面深度反应离子刻蚀（DRIE）结构。
在本文中，我们将介绍多晶硅深度反应离子刻蚀代加工的基本原理，工艺流程，应用以及可能的挑战都将在这里被提到。
一、多晶硅深度反应离子刻蚀代加工基本原理多晶硅深度反应离子刻蚀（DRIE）代加工原理建立在传统离子刻蚀的基础上。
在深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺中，通过电离对原料表面形成新的形状，利用低温电源生成电离束，将表面形成大量亚微米结构，也称作“深度反应离子刻蚀（DRIE）”。
深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺可以提供快速，高精度，高效率的制造技术，可以用于生产复杂，精细的微型器件的制造。
二、DRIE代加工工艺流程多晶硅深度反应离子刻蚀代加工的工艺流程涉及：1）基片处理；2）多晶硅薄膜沉积；3）传统离子刻蚀和深度反应离子刻蚀；4）多晶硅薄膜清洗；5）涂布层材料；6）用于薄膜干燥等。
（1）基片处理，利用湿法处理，来除去表面的污垢，以及为后续的刻蚀技术做准备。
（2）多晶硅薄膜沉积，使用激光沉积法，以产生的高熔点，在基板表面形成多晶硅膜。
（3）传统离子刻蚀和深度反应离子刻蚀，使用高能电子束，以改变基片表面的形状，也能形成多晶硅刻蚀槽和深度反应离子刻蚀（DRIE）结构。
（4）多晶硅薄膜清洗，使用化学清洗或光学清洗，在深度反应离子刻蚀（DRIE）前，将残留的氧化物和沉积物清除，以确保精度和切削效果。
（5）涂布层材料，使用厚膜沉积法或其他等离子体技术来涂布层材料，以增加多晶硅深度反应离子刻蚀（DRIE）特定材料的导电性、耐腐蚀性和热性能。
（6）用于薄膜干燥，避免湿度对深度反应离子刻蚀（DRIE）结构的影响，以保证精度和可靠性。
三、多晶硅深度反应离子刻蚀代加工应用多晶硅深度反应离子刻蚀（DRIE）代加工技术可以用于制造精密，复杂的微型零件，特别是那些拥有复杂的薄膜结构的微小零件。
第七讲硅的深刻蚀技术
第七讲硅的深刻蚀技术硅的深刻蚀技术硅RIE刻蚀的基本原理含有F, Cl, Br，I单质或者化合物气体均可以作为硅的刻蚀剂，添加一些辅助气体有助于提高它的选择性，常用刻蚀剂组合如：CF4/O2, CF2CL2, CF3CL, SF6/O2/CL2，CCL4, NF3, CCL4, CHF3等不管上述哪一种化合物作为刻蚀剂，在等离子体中都会存在大量的卤素原子，它们以化学吸附方式与硅表面结合，在没有外力作用的情况下，反应生成的产物分离的速率很慢，特别是Cl,Br,I原子更是如此，构成了Si与其它活性成份进一步接触的障碍，但是，当它们得到电子之后，就会与Si 一起离开表面，所以，重掺杂的N型硅会显著增加自发反应的速度。
这种反应是热力学上自发进行的反应，只要使它们相遇便能够促成反应，因此它是各向同性的，从热力学观点出发，按照F, Cl, Br, I顺序，它们与Si自发反应的能力逐渐减弱，I并不常用，可能是它的蒸汽压比较低，与硅的化合物不那么稳定。
各向同性刻蚀的典型剖面高深宽比刻蚀的机理RIE刻蚀效应被分为两种机制：溅射刻蚀化学反应刻蚀研究表明，具有20-40eV以上能量的粒子均有可能通过轰击而使固体表面的原子脱离原来位置，形成溅射刻蚀，它主要是借助离子轰击实现的。
前面曾经讲到离子束刻蚀，方向性是它的重要特征。
化学刻蚀则是借助接触吸附，各向同性地进行，它主要是中性粒子完成的，它的存在需要满足两个方面的条件：1.体系中存在能够形成挥发性化合物的基础物质，并且能够扩散到达硅表面2.最终要挥发的化合物必须有足够的稳定性，以便它一旦形成，便有足够稳定性以减少再次分解的几率。
同时，要创造条件促成其尽快脱离反应界面，如低气压等其实简单地将它们二者相加并不能很好地解释各种实验现象，研究人员发现，中性粒子化学作用与离子轰击相结合所能够产生的刻蚀速率，会十倍于它们单独作用的速率和。
这种倍增的效应被认为是通过提供反应活化能的原理实现的：对于一个普通的化学反应，按照动力学观点，其刻蚀速率：其中Ea是该反应所需要的活化能，也许离子轰击提供了这一克服势垒所必须的能量。
用于mems封装深硅刻蚀工艺的研究
摘要随着MEMS技术的发展，MEMS器件上的微结构从之前单一的表面结构向更为复杂的三维空间立体结构加工方法发展，高深宽比结构的加工则是其中一个重要的方向。
深硅刻蚀技术作为高深宽比结构的加工方法已成为国内外的研究热点。
由Robert Bosch公司持有专利的交替往复式工艺（Bosch工艺）主要用于深硅刻蚀，是目前应用最广泛也是发展最成熟的深硅刻蚀工艺。
交替往复式工艺能够达到很大的深宽比和选择比。
而RIE-ICP刻蚀系统可独立控制等离子体密度和离子轰击能量、刻蚀速率高、结构简单、成本低、工艺稳定性强，占据着深硅刻蚀市场主要地位。
本论文通过对掩蔽层图形化工艺的实验和掩蔽层材料的选择以及利用RIE-ICP刻蚀系统进行深硅刻蚀工艺参数的优化研究，实现了硅通孔的加工。
本论文的主要研究内容如下：1.通过实验的方式设计并验证了掩蔽层图形化的相关工艺参数。
成功地将图形由光刻板准确地转移到了掩蔽层上，为后续深硅刻蚀做好准备。
2.通过对刻蚀原理的分析，研究了深硅刻蚀工艺参数与形貌特性及主要工艺要求之间的关系，为后续的工艺参数制定奠定了理论基础。
3.通过大量实验确定掩蔽层的刻蚀速率与深硅刻蚀工艺参数的关系，并确定了光刻胶作为掩蔽层的材料。
4.综合考虑了硅通孔的刻蚀深度、刻蚀速率、侧壁倾角、刻蚀选择比、扇形褶皱等因素，设计并逐步完善了深硅刻蚀工艺参数，最终实现了深度179μm、刻蚀速率10μm/m in、侧壁倾角90.9°、光刻胶刻蚀选择比147:1、扇形褶皱尺寸126.6nm的硅通孔。
关键词：交替往复式深硅刻蚀；RIE-ICP刻蚀；掩蔽层；图形化。
AbstractAs the development of the Micro Electromechanical System (MEMS), the micro structures of MEMS devices also developed from simple surface structures to more complicated structures in three-dimensional forms, which will add complexities to the device fabrication. The fabrication of high aspect ratio structure is one of the most important issues. The deep etching technology for silicon has been paid a lot of attention to as one method of fabricating high aspect ratio structures. The time-multiplexed alternating process, whose patent held by Inc. Robert Bosch, is used in silicon deep etching. It can make high aspect ratio and selectivity. The RIE-ICP etching system can control the plasma density and the ions bombardment energy independently. In addition, it has other advantages, such as fast etching rate, simple structure, low cost, high process stability, and so on. The RIE-ICP etching system occupies the main market position. In this paper, a series of experiments and analysis have been performed to realize the fabrication of the through silicon via, including barrier layer patterning process experiments, barrier layer material selection and process parameter optimization of the RIE-ICP etching system.This paper includes four main sections as follows:1.Design and achieve barrier layer patterning parameters through experiments.Pattern is accurate transferred from mask to the barrier layer, ready for the subsequent deep etching for silicon;2.By analyzing the etching principle, research the relationship between thesilicon deep etching parameters, surface characteristics and the process specifications; laid a theoretical foundation for the follow-up of the process parameters to optimize;3.On the base of a lot of experiments, make sure the relationship between theetching rate and the silicon deep etching parameters. In addition, make sure that utilizing the photo resist as the barrier layer material;4.Overall consideration of many parameters such as etch depth, etch rate, sidewallprofile, selectivity and scallop size, optimize silicon deep etching parameters. We achieve a through silicon via that depth 179μm，etch rate 10μm/min, side wall profile 90.9°, selectivity 147:1, scallop size 126.6nm finally.Key words: time-multiplexed alternating process, RIE-ICP etching, barrier layer, patterning目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2深硅刻蚀技术 (3)1.3深硅刻蚀技术发展现状 (5)1.4课题意义及内容 (6)1.4.1课题研究的来源和意义 (6)1.4.2课题研究内容及章节安排 (7)第二章掩蔽层的图形化 (8)2.1掩蔽层图形化加工工艺 (8)2.1.1硅片的清洗 (8)2.1.2薄膜沉积 (8)2.1.3光刻工艺 (10)2.1.4刻蚀工艺 (14)2.1.5除胶工艺 (14)2.2掩蔽层图形化实验 (15)2.2.1掩蔽层材料 (15)2.2.2掩蔽层薄膜（光刻胶）的制备 (15)2.2.3掩蔽层薄膜（二氧化硅）的制备 (17)第三章RIE-ICP深硅刻蚀的相关技术 (22)3.1等离子体刻蚀技术的原理 (22)3.1.1等离子体的产生 (22)3.1.2等离子体刻蚀机制 (23)3.1.3反应离子刻蚀原理 (24)3.1.4感应耦合等离子体刻蚀原理 (26)3.2RIE-ICP深硅刻蚀技术及原理 (29)3.2.1RIE-ICP深硅刻蚀系统 (29)3.2.2交替往复式工艺 (29)3.2.3交替往复式工艺理论分析 (33)3.2.4交替往复式工艺的模型 (36)3.2.5交替往复式工艺的指标 (38)第四章深硅刻蚀技术实验及结果分析 (43)4.1掩蔽层材料的选择 (43)4.2深硅刻蚀工艺的优化 (47)4.3实验小结 (55)第五章全文总结及展望 (57)5.1全文总结 (57)5.2工作展望 (58)参考文献 (59)致谢63第一章绪论1.1引言MEMS是微机电系统（Micro Electromechanical Systems）的英文缩写，指的是特征尺寸在1nm到1mm之间，可批量制作的，利用硅微加工、传统精密机械加工以及LIGA技术等MEMS加工技术，集微型机构、微型传感器、信号处理电路、信号控制电路以及微型执行器再至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
深硅刻蚀 厚度
深硅刻蚀厚度
深硅刻蚀是一种用于制备微纳米器件的加工技术，通常用于刻蚀硅衬底以形成复杂的微纳米结构。
刻蚀的深度取决于具体的工艺参数、设备配置和刻蚀条件。
硅的刻蚀深度通常通过以下几个因素来控制：
1. 刻蚀时间：刻蚀时间是一个基本的参数，决定了刻蚀的总时间。
增加刻蚀时间通常会导致更深的刻蚀深度。
2. 刻蚀速率：不同的刻蚀条件和刻蚀液体对硅的刻蚀速率不同。
刻蚀速率是描述单位时间内刻蚀深度的参数，通过调整刻蚀速率可以控制刻蚀深度。
3. 刻蚀液体组成：使用不同组成的刻蚀液体，如混合气体、液体或等离子体，可以影响刻蚀深度。
不同的刻蚀液体具有不同的刻蚀性能。
4. 刻蚀气氛：在等离子体刻蚀中，刻蚀气氛的选择对刻蚀深度有重要影响。
例如，氟化气体通常用于硅的刻蚀。
5. 刻蚀设备：不同的刻蚀设备可能有不同的工艺参数和能力，因此选择合适的刻蚀设备也是控制刻蚀深度的重要因素。
硅刻蚀通常涉及到湿法刻蚀和干法刻蚀两种主要的方法，其中干法刻蚀（如等离子体刻蚀）更常用于深硅刻蚀。
在具体的实验和工程应用中，通过调整这些因素，可以实现对硅刻蚀深度的精确控制。
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玻璃的表面化学深蚀刻的工艺原理与其操作方案
玻璃的表面化学深蚀刻的工艺原理与其操作方案发布日期：2010-5-15 2:57:46 | | 来源：admin一、化学蚀刻的原理：我们知道玻璃属于无机硅物质中的一种,非晶态固体。
易碎;透明。
它与我们的生活密不可分,现代人已不再满足于物理式机械手段加工的艺术玻璃制品,更致力于用多种化学方式对玻璃表面进行求新求异深加工,以求得到更好的视觉享受,从而使玻璃产品的附加值再度得到提高. 例如对玻璃表面进行化学粗化[蒙砂;玉砂],化学深蚀刻[凹蒙;冰雕],化学抛光及其它工艺,本文论述的重点将是玻璃化学的氧化与还原反应的构造及工艺操作控制性。
对于玻璃蚀刻液中起氧化反应的物质是选择纯液质的能与玻璃起氧化反应的可以是H2SO4; HCL, HNO3. 它们能与玻璃中的硅原子发生氧化作用,形成SIO2, 做为蚀刻液中设定的络合剂氢氟酸正好能将SIO2再次分解, 从而形成我们设计的化学反应程式,达到对玻璃表面进行蚀刻的目地。
例如程式:a:3SI+4HNO3=3SIO2+2H2O+4NO b:SIO 2+6HF = H2[SIF6]+2H2O对玻璃蚀刻液配制可以展现的物质性质包含氧化剂;络合剂;缓冲剂;催化剂;附加剂;表面活性剂;酸雾抑制剂. 如下再例:氧化剂：H2SO4 ; HCL ; HNO3;还原剂：HF缓冲剂：H2O; CH3COOH;催化剂：NH4NO3; CuSO4; NaNO2; AgNO3;附加剂：Br2酸雾抑制剂：FC-129; FC-4; FT248TM 湿润活性剂; 长直链烷基TH系; 烷基酚聚氧乙烯醚按重量百分比配制玻璃蚀刻液可以视深蚀刻、浅蚀刻及抛光要求对蚀刻液中各物质百分比投料进行调整. 如下续例:缓冲剂--------------------------------------- 40----67%氧化剂--------------------------------------- 15----38%络合剂--------------------------------------- 27----45%催化剂--------------------------------------- 0.03---0.06附加剂--------------------------------------- 0.05---0.1--------------------------- 0.04酸雾抑制剂----------------------------------0.003重度蚀刻液中氧化剂控制在20%左右; 值得提醒的是被蚀刻的玻璃凹面呈抛光状态的控制是将缓冲剂的量放在60%左右. 若冰棱小可适量提高络合剂比例上升4%—8%左右.对于玻璃表面化学抛光方案另再续实例如下:1: 100g五倍子酸+ 305ml乙醇胺+ 140ml水+ 1.3g吡嗪+ 0.24mlFC1292: 60ml49%HF +30mlHNO3[69%] +30ml/5ml/LCrO3+2gCu[NO3]+ 60ml CH3COOH + H2O 60ml3: 100gH2O+ 40% HF36g + 68%HNO3 + NaNO2 0.03g +0.24mlFC--3或0.02gFT2484: 50g HNO3[68%] + 30gHF {55%} + CH3 COOH 30 g+0.6gBr2对于以上各种化学配比希望操作人再次调试以获得良好结构比,满足工艺要求！二、关于对玻璃表面蚀刻的冰棱大小及深度的调整方案∶1: 蚀刻深度较理想,但冰棱较小或没有？解决方案: 对全量加入5%—16%络合剂适量调整。
MEMS深硅刻蚀工艺研究报告
MEMS深硅刻蚀工艺研究报告自查报告。
报告题目，MEMS深硅刻蚀工艺研究报告。
自查人，XXX。
自查日期，XXXX年XX月XX日。
自查内容，本报告主要围绕MEMS深硅刻蚀工艺进行研究，探讨了相关的工艺原理、方法和应用。
自查结论，通过对MEMS深硅刻蚀工艺的研究，我深刻理解了该工艺的原理和方法。
在实验中，我发现在选择蚀刻气体、控制蚀刻速率和优化蚀刻参数等方面都对蚀刻结果有着重要影响。
同时，我也了解到MEMS深硅刻蚀工艺在微纳加工、传感器制造等领域具有重要应用价值。
自查建议，在今后的研究中，我将进一步深入了解MEMS深硅刻蚀工艺的相关原理和技术，探索更加精细化的工艺控制方法，以及
更广泛的应用领域。
同时，我也将加强实验技能，提高对MEMS深硅刻蚀工艺的操作熟练度，为未来的研究工作打下坚实的基础。
自查人签名，__________ 日期，__________。
硅片深度反应离子刻蚀代加工
硅片深度反应离子刻蚀代加工硅片是一种广泛应用于集成电路制造业，太阳能电池，微光探测器和气体传感器等技术领域的重要原材料。
在硅片表面上形成复杂纳米级结构和微型封装结构是制造出芯片和元件的重要条件，而很多复杂结构只能由深度反应离子刻蚀代加工技术来实现。
硅片深度反应离子刻蚀代加工（DI）是一种基于离子刻蚀原理的重要技术，主要是利用强烈的离子流产生的氢化物和氧化物膜代替原来的硅片表面上的氧化物膜，从而形成复杂的纳米形貌和结构。
它不仅可以用于制造精密的集成电路结构，而且能够改变表面层的浆体粘附性，延长硅片的使用寿命。
硅片深度反应离子刻蚀代加工技术是一项计算机辅助缝制（CAM）技术，其主要过程包括沟槽设计，模板制作，表面处理和检测等步骤。
它的简单有效，能保证硅片表面的精细处理，并将产品的封装密度和精密度提高到最高水平。
硅片深度反应离子刻蚀代加工技术可以有效地提高硅片表面的洁净性，改善硅片表面电性能，改善硅片表面粘附性，提高原材料的精密度和尺寸精度，减少表面微细缺陷，实现精密结构、复杂结构和特殊结构等。
硅片深度反应离子刻蚀代加工技术的最终结果是硅片表面的深度切削介质的高度改善，其具有明显的近红外吸收特性、准确的光谱响应和稳定的耐热性能等优势。
因此，它被广泛用于太阳能电池，微光探测器，气体传感器，集成电路等高精度、高抗性电子设备的制造行业。
此外，硅片深度反应离子刻蚀代加工过程具有自动化程度高，操作简单方便，精度高，灵活性强，硅片表面不会受到污染和异物干扰等优点。
综上所述，硅片深度反应离子刻蚀代加工技术在应用范围广泛，有效改善硅片表面的特性，为设计制造精密器件和系统提供有力支持。
它是一项高精度，高效率，环保和可靠的工艺技术，有望在制造领域获得更广泛的应用。
硅的干法刻蚀
硅的干法刻蚀
硅的干法刻蚀是指在不使用任何化学试剂或溶液的情况下，通过加热和压力来破坏材料表面的氧化层，从而获得所需要的物质。
这种方法通常被称为“空气刻蚀”或“空气刀片”。
干法刻蚀技术已经广泛应用于各个领域，包括半导体、光伏电池等。
它可以用于制造芯片上的多晶硅（Si）层，也可以用于清除表面的杂质和污染物，如氧化物、金属残留物等。
此外，干法刻蚀还能够提高器件性能并降低生产成本。
然而，由于缺乏实验室测试设备，人们对于干法刻蚀技术的了解仍然有限。
因此，在进行干法刻蚀操作之前，建议先进行实验室测试，确保其安全性和可靠性。
同时，在操作过程中，应严格遵守相关规范和标准，避免出现意外事故。
玻璃的表面化学深蚀刻的工艺原理与其操作方案
玻璃的表面化学深蚀刻的工艺原理与其操作方案发布日期：2010-5-15 2:57:46 | | 来源：admin一、化学蚀刻的原理：我们知道玻璃属于无机硅物质中的一种,非晶态固体。
易碎;透明。
它与我们的生活密不可分,现代人已不再满足于物理式机械手段加工的艺术玻璃制品,更致力于用多种化学方式对玻璃表面进行求新求异深加工,以求得到更好的视觉享受,从而使玻璃产品的附加值再度得到提高. 例如对玻璃表面进行化学粗化[蒙砂;玉砂],化学深蚀刻[凹蒙;冰雕],化学抛光及其它工艺,本文论述的重点将是玻璃化学的氧化与还原反应的构造及工艺操作控制性。
对于玻璃蚀刻液中起氧化反应的物质是选择纯液质的能与玻璃起氧化反应的可以是H2SO4; HCL, HNO3. 它们能与玻璃中的硅原子发生氧化作用,形成SIO2, 做为蚀刻液中设定的络合剂氢氟酸正好能将SIO2再次分解, 从而形成我们设计的化学反应程式,达到对玻璃表面进行蚀刻的目地。
例如程式:a:3SI+4HNO3=3SIO2+2H2O+4NO b:SIO2+6HF = H2[SIF6]+2H2O对玻璃蚀刻液配制可以展现的物质性质包含氧化剂;络合剂;缓冲剂;催化剂;附加剂;表面活性剂;酸雾抑制剂. 如下再例:氧化剂： H2SO4 ; HCL ; HNO3;还原剂： HF缓冲剂： H2O; CH3COOH;催化剂： NH4NO3; CuSO4; NaNO2; AgNO3;附加剂： Br2酸雾抑制剂： FC-129; FC-4; FT248TM 湿润活性剂 ; 长直链烷基TH系; 烷基酚聚氧乙烯醚按重量百分比配制玻璃蚀刻液可以视深蚀刻、浅蚀刻及抛光要求对蚀刻液中各物质百分比投料进行调整. 如下续例:缓冲剂--------------------------------------- 40----67%氧化剂--------------------------------------- 15----38%络合剂--------------------------------------- 27----45%催化剂--------------------------------------- 0.03---0.06附加剂--------------------------------------- 0.05---0.1--------------------------- 0.04酸雾抑制剂----------------------------------0.003重度蚀刻液中氧化剂控制在20%左右; 值得提醒的是被蚀刻的玻璃凹面呈抛光状态的控制是将缓冲剂的量放在60%左右. 若冰棱小可适量提高络合剂比例上升4%—8%左右.对于玻璃表面化学抛光方案另再续实例如下:1: 100g五倍子酸 + 305ml乙醇胺 + 140ml水 + 1.3g吡嗪 + 0.24mlFC1292: 60ml49%HF +30mlHNO3[69%] +30ml/5ml/LCrO3 +2gCu[NO3]+ 60ml CH3COOH + H2O 60ml 3: 100gH2O+ 40% HF36g + 68%HNO3 + NaNO2 0.03g + 0.24mlFC--3或0.02gFT2484: 50g HNO3[68%] + 30gHF {55%} + CH3 COOH 30 g+ 0.6gBr2对于以上各种化学配比希望操作人再次调试以获得良好结构比,满足工艺要求！二、关于对玻璃表面蚀刻的冰棱大小及深度的调整方案∶1: 蚀刻深度较理想,但冰棱较小或没有？解决方案: 对全量加入5%—16%络合剂适量调整。
dse刻蚀设备原理
dse刻蚀设备原理
DSE刻蚀设备原理。
DSE（Deep Silicon Etching，深硅刻蚀）是一种常用于半导体
加工中的刻蚀工艺。
DSE刻蚀设备是用于在硅片上进行深刻蚀的设备，其原理基于化学刻蚀和物理刻蚀相结合的技术。
DSE刻蚀设备的原理主要包括两个步骤，首先是利用化学刻蚀
剂对硅片表面进行化学反应，然后利用物理刻蚀手段去除已被化学
反应改变的硅材料。
在DSE刻蚀设备中，通常采用的化学刻蚀剂是氢氟酸（HF）和
过氧化氢（H2O2）。
HF能够与硅表面发生化学反应，生成氟化硅，
而H2O2则能够提供氧气，促进反应进行。
这样就能够在硅表面产生
氟化硅膜，从而实现对硅的化学刻蚀。
接下来，利用物理刻蚀手段，如离子束刻蚀或等离子刻蚀，去
除已被氟化的硅材料。
这样就能够在硅片上形成所需的深刻蚀结构。
DSE刻蚀设备的原理结合了化学刻蚀和物理刻蚀的优势，能够
实现对硅材料的高效深刻蚀，广泛应用于半导体器件制造、MEMS （Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）制造等领域。
总的来说，DSE刻蚀设备的原理是利用化学刻蚀和物理刻蚀相
结合的技术，通过化学反应和物理去除的方式实现对硅材料的深刻蚀，为半导体加工和微纳加工提供了重要的工艺手段。
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。
MEMS深硅刻蚀工艺研究报告
MEMS深硅刻蚀工艺研究报告学院：机械与材料工程学院班级：机械14-5姓名：学号：指导教师：1、背景 (3)2、ICP干法刻蚀原理 (6)3、ICP刻蚀硅实验 (8)3.1、光刻工艺3.2、ICP刻蚀硅工艺一、什么是MEMS微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，是指尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。
主要由传感器、动作器（执行器）和微能源三大部分组成。
MEMS是在微电子技术（半导体制造技术）基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。
微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。
MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。
二、MEMS用途MEMS侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。
它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。
MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。
常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。
三、刻蚀工艺用途刻蚀技术（etching technique），是在半导体工艺，按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术。
刻蚀技术不仅是半导体器件和集成电路的基本制造工艺，而且还应用于薄膜电路、印刷电路和其他微细图形的加工。
硅片腐蚀和抛光工艺的化学原理
硅片腐蚀和抛光工艺的化学原理在半导体材料硅的表面清洁处理，硅片机械加工后表面损伤层的去除、直接键合硅片的减薄、硅中缺陷的化学腐蚀等方面要用到硅的化学腐蚀过程。
一、硅片腐蚀工艺的化学原理硅表面的化学腐蚀一般采用湿法腐蚀，硅表面腐蚀形成随机分布的微小原电池，腐蚀电流较大，一般超过100A/cm2，但是出于对腐蚀液高纯度和减少可能金属离子污染的要求，目前主要使用氢氟酸（HF）,硝酸(HNO3)混合的酸性腐蚀液，以及氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠（NaOH）等碱性腐蚀液。
现在主要用的是HNO3-HF 腐蚀液和NaOH 腐蚀液。
下面分别介绍这两种腐蚀液的腐蚀化学原理和基本规律。
1.HNO3-HF 腐蚀液及腐蚀原理通常情况下，硅的腐蚀液包括氧化剂（如HNO3）和络合剂（如HF）两部分。
其配置为：浓度为70%的HNO3和浓度为50%的HF 以体积比10～2:1，有关的化学反应如下：3Si+4HNO3=3SiO2↓+2H2O+4NO↑硅被氧化后形成一层致密的二氧化硅薄膜，不溶于水和硝酸，但能溶于氢氟酸，这样腐蚀过程连续不断地进行。
有关的化学反应如下：SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2O2.NaOH 腐蚀液在氢氧化钠化学腐蚀时，采用10％～30％的氢氧化钠水溶液，温度为 80～90℃,将硅片浸入腐蚀液中，腐蚀的化学方程式为Si＋H2O+2 NaOH =Na2SiO3+2H2↑对于太阳电池所用的硅片化学腐蚀，从成本控制，环境保护和操作方便等因素出发，一般用氢氧化钠腐蚀液腐蚀深度要超过硅片机械损伤层的厚度，约为20～30um。
二、抛光工艺的化学原理抛光分为两种：机械抛光和化学抛光，机械抛光速度慢，成本高，而且容易产生有晶体缺陷的表面。
现在一般采用化学-机械抛光工艺，例如铜离子抛光、铬离子抛光和二氧化硅-氢氧化钠抛光等。
1. 铜离子抛光铜离子抛光液由氯化铜、氟化铵和水,一般以质量比60:26:1000 组成,调节PH=5.8 左右,或者以质量比80:102.8:1000，其反应原理如下：Si+2CuCl2+6NH4F=（NH4）2[SiF6]+4NH4Cl+2Cu铜离子抛光一般在酸性（pH 为5～6）条件下进行，当pH﹥7 时，反应终止，这是因为pH=7 时铜离子与氨分子生成了稳定的络合物-铜氨络离子，这时铜离子大大减少，抛光作用停止了。
深硅刻蚀工艺原理
深硅刻蚀工艺原理深硅刻蚀(Silicon Deep Etching)是一种用于微纳加工的关键工艺。
它可以在硅片上进行高精度、高深度的刻蚀，用以制造微纳米器件，如微机电系统(MEMS)、传感器、光子器件等。
深硅刻蚀工艺的原理基于湿法刻蚀和干法刻蚀两种方法。
湿法刻蚀是深硅刻蚀的主要原理之一、湿法刻蚀使用一种含有刻蚀剂的溶液，通过溶液与硅表面发生化学反应来刻蚀硅。
湿法刻蚀的刻蚀速度取决于刻蚀剂的浓度、温度、流速等因素。
深硅刻蚀中常用的刻蚀剂有氢氟酸(HF)、氢氧化钾(KOH)和氢氟酸和硝酸(HNO3)的混合物。
在湿法刻蚀过程中，硅表面上的氧化物层会起到保护作用，防止刻蚀剂直接与硅接触。
刻蚀剂通过破坏氧化物层将硅暴露出来，然后溶解硅。
由于刻蚀剂是从硅片的正面和背面进行刻蚀，因此可以实现较大的深度刻蚀。
干法刻蚀是另一种深硅刻蚀的重要原理。
干法刻蚀与湿法刻蚀不同，它不使用溶液来刻蚀硅表面，而是通过气相刻蚀来进行。
干法刻蚀常用的刻蚀气体有氢氟酸、氯化氢和氧化硅等。
干法刻蚀通常利用高能离子束轰击硅表面，将硅表面的原子击碎并氧化，然后通过氧化物在高温下与离子反应生成气体，将离子弹射离开硅表面，从而实现刻蚀作用。
干法刻蚀具有高速度、高精度和高均匀性等优点。
深硅刻蚀的工艺流程一般包括掩膜定义、刻蚀准备、刻蚀、刻蚀终结和清洗等步骤。
首先，通过光刻技术在硅片上定义出掩膜，掩膜上有所需刻蚀的结构。
然后，在刻蚀准备中，对硅片进行表面处理，以去除氧化层和其他杂质。
接下来，进行刻蚀过程，可以采用湿法刻蚀或干法刻蚀，根据需要选择刻蚀剂和刻蚀条件。
刻蚀终结后，通过清洗去除残留的刻蚀剂和刻蚀产物，以便进行下一步的加工或测试。
深硅刻蚀工艺的应用非常广泛。
它可以制造微纳米的光学元件，如光纤阵列、波导、光栅等。
它还广泛用于制造MEMS器件，如惯性传感器、声波传感器、加速度计等。
此外，深硅刻蚀还可以制造微电子器件、太阳能电池组件、生物芯片等。
深硅刻蚀工艺原理
硅蚀刻工艺在MEMS中的应用文章来源：本站原创点击数：97 录入时间：2006-4-7减小字体增大字体Dave Thomas / Trikon Technologies，Newport，Wales，United Kingdom本文介绍了在现代微机电系统（MEMS；Micro Electro-Mechanical System）制造过程中必不可少的硅蚀刻流程，讨论了蚀刻设备对于满足四种基本蚀刻流程的要求并做了比较，包括块体（bulk）、精度（pre cision）、绝缘体上硅芯片（SOI；Silicon On Insulator）及高深宽比的蚀刻（high aspect ratio etching）等。
并希望这些基本模块能衍生出可提供具备更高蚀刻率、更好的均匀度、更平滑的蚀刻侧壁及更高的高深宽比的蚀刻能力等蚀刻设备，以满足微机电系统的未来发展需求。
微机电系统是在芯片上集成运动件，如悬臂（cantilever）、薄膜（membrane）、传感器（sensor）、反射镜（mirror）、齿轮（gear）、马达（motor）、共振器（resonator）、阀门（valve）和泵（pump）等。
这些组件都是用微加工技术（micromachining）制造的。
由于硅材料的机械性及电性众所周知，以及它在主流IC制造上的广泛应用，使其成为微加工技术的首要选择材料。
在制造各式各样的坑、洞、齿状等几何形状的方法中，湿式蚀刻具有快速及低成本的优势。
然而，它所具有对硅材料各方向均以相同蚀刻速率进行的等向性（isotropic）蚀刻特性、或者是与硅材料的晶体结构存在的差异性、产生不同蚀刻速率的非等向性（a nisotropic）等蚀刻特性，会限制我们在工艺中对应用制造的特定要求，例如喷墨打印机的细微喷嘴制造（非等向性蚀刻特性总会造成V形沟槽，或具锥状（tapered walls）的坑洞，使关键尺寸不易控制）。
而干式蚀刻正可克服这个应用限制，按照标准光刻线法（photolithographic）的光罩所定义的几何图案，此类干式蚀刻工艺可获取具有垂直侧壁的几何图案。
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硅蚀刻工艺在MEMS中的应用文章来源：本站原创点击数：97 录入时间：2006-4-7减小字体增大字体Dave?Thomas?/?Trikon?Technologies，Newport，Wales，United?Kingdom本文介绍了在现代微机电系统（MEMS；Micro?Electro-Mechanical?System）制造过程中必不可少的硅蚀刻流程，讨论了蚀刻设备对于满足四种基本蚀刻流程的要求并做了比较，包括块体（bulk）、精度（pre cision）、绝缘体上硅芯片（SOI；Silicon?On?Insulator）及高深宽比的蚀刻（high?aspect?ratio?etching）等。
并希望这些基本模块能衍生出可提供具备更高蚀刻率、更好的均匀度、更平滑的蚀刻侧壁及更高的高深宽比的蚀刻能力等蚀刻设备，以满足微机电系统的未来发展需求。
微机电系统是在芯片上集成运动件，如悬臂（cantilever）、薄膜（membrane）、传感器（sensor）、反射镜（mirror）、齿轮（gear）、马达（motor）、共振器（resonator）、阀门（valve）和泵（pump）等。
这些组件都是用微加工技术（micromachining）制造的。
由于硅材料的机械性及电性众所周知，以及它在主流IC制造上的广泛应用，使其成为微加工技术的首要选择材料。
在制造各式各样的坑、洞、齿状等几何形状的方法中，湿式蚀刻具有快速及低成本的优势。
然而，它所具有对硅材料各方向均以相同蚀刻速率进行的等向性（isotropic）蚀刻特性、或者是与硅材料的晶体结构存在的差异性、产生不同蚀刻速率的非等向性（a nisotropic）等蚀刻特性，会限制我们在工艺中对应用制造的特定要求，例如喷墨打印机的细微喷嘴制造（非等向性蚀刻特性总会造成V形沟槽，或具锥状（tapered?walls）的坑洞，使关键尺寸不易控制?）。
而干式蚀刻正可克服这个应用限制，按照标准光刻线法（photolithographic）的光罩所定义的几何图案，此类干式蚀刻工艺可获取具有垂直侧壁的几何图案。
举例来说，通常要蚀刻定义出较大尺寸的组件，如电容式加速微传感器（capacitive?accelerometers）。
通常我们会优先考虑湿式蚀刻方式，但对于需要更精确尺寸控制、或是整体尺寸需微缩的组件的制造，则会考虑选择采用干式蚀刻来达到工艺要求。
硅蚀刻广泛应用的硅蚀刻方法，是起源于德国Robert?Bosch公司开发的非等向性硅蚀刻工艺方法，被称为Bosch 气体交替技术（Bosch?gas-switching?technique）[1]。
利用具有非等向性蚀刻反应的等离子源，与通过反应形成高分子蔽覆层（polymeric?passivation?layer）的另一种等离子源，两者反复交替进行的方法，以达到硅蚀刻的工艺要求。
常用的在硅蚀刻生产过程中的气体选择，多是采用SF6（六氟化硫），因其可在能量只有20eV的条件下即可分解出6个氟原子，而这些氟原子会继续与Si反应形成挥发性SiF4（四氟化硅）。
理论上，已定义几何图案的6寸硅晶圆占据了大约15%的裸片面积，设定等离子反应室内压力>30mtorr、SF6流量>400sccm、及千瓦等级的射频（RF）能量等操作条件下，蚀刻率可达20微米/分。
为达成高速率的高分子沉积反应，在等离子反应产生的气体内F元素与C元素的比例需小于或等于2:1（即F:C≤2:1）。
因此CHF3（三氟甲烷）与C3F8（全氟丙烷）不适用，而以C4F8（八氟环丁烷）较适当（C4F8也是常用在等离子蚀刻氧化反应的添加气体）。
由于此高分子沉积反应，提供一种可调整侧壁蔽覆层（sid ewall?passivation?layer）的生成，同时可提高对罩幕材料（如光阻或二氧化硅等）的选择比的方法。
当C4 F8及SF6气体混合时，气体交替分层是必不可少的，在室温条件下，容易产生一种圆齿状但又非等向性蚀刻的侧壁轮廓效果。
在整个反应结束后，只要加入O2等离子，即可轻易去除沉积的高分子蔽覆膜。
对于电容式射频耦合技术，此应用于在高压气体操作的传统反应式离子蚀刻（RIE；reactive?ion?etching），在没有非常高的偏压下，是无法提供足够的射频功率以分解气体分子。
相反，在高压气体条件下，当气体扩散较慢导致在局部范围内发生能量耦合（power?coupling）现象，感应耦合等离子（ICP；inductively?cou pled?plasma）则会呈现不均匀的状况，这意味着大部分的气体还没被离解。
因此在硅蚀刻生产应用上的解决方法是，采用一股逆流而上的气体、流量入口较小且搭配高射频功率的结构，另在下游晶圆反应槽区改用低射频偏压功率的设计。
永久磁铁可用来降低从反应槽壁流失的电子损失，如此可强化气体入口端的气体分解及电磁反应，以得到较佳的射频耦合效果，形成应有的等离子量以补偿不均匀的蚀刻率。
Trikon‘s?DSi工艺模块，即是依据此原理设计的。
蚀刻工艺图1所示为应用在6寸空白晶圆（未定义任何图案）的各种干蚀刻工艺参数对硅蚀刻率的比较图表。
经过多片6寸晶圆在相同的测试条件下，结果表明蚀刻率是一致的，误差在1%之内。
这些试验数据说明了能源功率（source?power）与SF6流量对蚀刻率的影响；如在2.5kW及SF6流量为900sccm的条件下，蚀刻率约为5微米/分。
另外也表明了反应槽气体压力与偏压功率对蚀刻率的影响不大（至少在无高分子沉积步骤是如此）。
以上观察正好符合氟原子与硅晶圆表面的进行化学反应这个说法。
而在相同的实验测量条件下，通过对空白晶圆（未定义任何几何图案）上高分子沉积情形的观察，发现在高压气体和高流量C4F8的条件下，比较容易发生高分子沉积。
为满足微机电系统组件应用更广泛，现在已有多种不同的工艺正在发展，按不同的需求，参照常用的蚀刻流程种类，予以简化分类，可得到表1中所归纳出的四种蚀刻工艺，具体说明如下。
图16寸空白晶圆上的硅蚀刻率矩阵图表1???四种蚀刻工艺的不同需求块体蚀刻一些微机电组件制造过程中需要蚀刻挖除较大量的Si基材，如压力传感器即为一例，即通过蚀刻晶背形成深的孔洞，但未蚀穿正面，在正面形成一层薄膜。
还有其他组件需蚀穿晶圆，不是完全蚀透晶背而是直到停在晶背的镀层上。
基于Bosch工艺的一项特点，当要维持一个近乎于垂直且平滑的侧壁轮廓时，是很难获得高蚀刻率的。
因此通常为达到很高的蚀刻率，一般避免不了伴随产生具有轻微倾斜角度的侧壁轮廓。
不过当采用这类块体蚀刻时，工艺中很少需要垂直的侧壁。
精确蚀刻精确蚀刻工艺是专门为体积较小、垂直度和侧壁轮廓平滑性上升为关键因素的组件而设计的。
就微机电组件而言，需要该方法的组件包括微光机电系统（MOEMS：Micro-Opto-Electro-Mechanical-Systems，应用于高反射率镜片）及浮雕印模（embossing?die）等。
一般说来，此类特性要求，蚀刻率的均匀度控制是远比蚀刻率重要得多。
由于蚀刻剂在蚀刻反应区附近消耗率高，引发蚀刻剂密度相对降低，而在晶圆边缘蚀刻率会相应地增加，整片晶圆上的均匀度问题应运而生。
上述问题可凭借对等离子或离子轰击（ion?bombar dment）的分布图予以校正，从而达到均匀蚀刻的目的。
例如Trikon‘s?DSi的磁场通过改善反应槽的几何结构设计，把磁场量强度予以分布控制，使离子轰击集中到晶圆中心。
在8寸晶圆上的应用表现，通常约有±1.0-2.5%的蚀刻率不均匀度。
侧壁粗糙度是来源于扇型侧壁的长度与深度的变化，此现象是因蚀刻反应与高分子蔽覆层的沉积反应的相对反应时间长短所造成的。
例子表明蚀刻率与扇型侧壁深度（通常量取从罩幕算起第3个凹处的深度）具有很强的关联性，数据资料是以1.7微米及200微米线宽为试验对象。
常用于描述Bosch工艺的特征值，即深宽比（ARDE；Aspect?ratio-dependent?etching）值，可说明蚀刻率与线宽尺寸间的变化相关性。
一条1 00微米线宽在蚀刻率5.5微米/分的条件下，可得到小于30微米的扇型侧壁深度。
绝缘层上的硅晶蚀刻最先进的微机电组件包含精细的可移动性零组件，例如应用于加速计、陀螺仪、偏斜透镜（tilting?mirrors）、共振器（resonators）、阀门、泵、及涡轮叶片等组件的悬臂。
这些许多的零组件，最初是以深硅蚀刻方法在晶圆的正面制造，接着藉由横方向的等向性底部蚀刻（lateral?isotropic?undercutting?etch）的方法从基材脱离，此方法正是典型的表面细微加工技术。
而此技术有一项特点是以掩埋的一层材料作为针对非等向性蚀刻的蚀刻终止层，达成以等向性蚀刻实现组件与基材间脱离的结构（如悬臂）。
由于二氧化硅在硅蚀刻工艺中，具有高蚀刻选择比且在各种尺寸的绝缘层上硅晶材料可轻易生成的特性，通常被采用作为掩埋的蚀刻终止层材料。
在深硅蚀刻进行的初期，并非总是直接地达到掩埋的蚀刻终止层，因为在蚀刻终点（endpoint）时氧化层充电时产生正离子——?在不同线宽几何图案下进行蚀刻时，此现象更为严重，因为依据ARDE（深宽比影响蚀刻）特征值的定义，当较窄的线宽蚀刻形成时，较宽线宽的蚀刻必定会造成过度蚀刻（over-etch）。
同时，荷电作用引起侧壁蚀刻横过接口；此机械装置会造成凹槽（notching），然而后续发生的侧壁沉积更是问题所在。
对此的解决方法，即是在整个蚀刻过程或当达到蚀刻终止氧化层时，外加射频偏压脉冲。
利用设定适当的时间参数，使电子在电源关闭期间自绝缘表面排除。
在绝缘层上硅晶实施蚀刻工艺，可形成1.9微米线宽的垂直侧壁，蚀刻率是3.7微米/分，以及凹槽深度是小于100nm，而整片晶圆上的蚀刻率均匀度约是±1.5%。
依据ARDE的特征值定义，根据在线宽≥20μm时的操作经验，基本上有90%会发生过度蚀刻现象；尽管如此，对于线宽在0.8~20微米的范围内、凹槽深度大致维持在100nm这种情况，是不受不同线宽的影响。
由此可知在绝缘层硅晶的蚀刻应用上，偏压脉冲可提供较高自由度的操作工艺。
高深宽比硅蚀刻工艺通常需要处理高深宽比的问题，如应用在回转仪（gyroscopes）及硬盘机的读取头等微机电组件即为此例。
另外，此高深宽比的特性也是发展下一代晶圆级的高密度构造连接上的解决方案。
考虑到有关高深宽比的主要问题，是等离子进出蚀刻反应区的状况：包括蚀刻剂进入蚀刻接口的困难程度（可借助离子击穿高分子蔽覆层实现），以及反应副产品受制于孔洞中无法脱离。
在一般的等离子压力条件下，离子的准直性（Ion?collimation）运动本身就会将高深宽比限制在约50:1。