干法刻蚀
光学材料的干法刻蚀研究
案例二：玻璃基光学材料的干法刻蚀
总结词
玻璃基光学材料具有优异的光学性能和机械性能，广泛应用于各种光学元件的制作。而干法刻蚀技术在该领域 中也发挥了重要作用。
详细描述
干法刻蚀技术在玻璃基光学材料的加工中，能够实现高精度、高效率的刻蚀，同时避免了湿法刻蚀中的化学腐 蚀问题。此外，通过选择不同的刻蚀气体和参数，还可以实现对玻璃基光学材料进行各向同性或异性的刻蚀。
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结论与展望
研究成果总结
干法刻蚀技术
在干法刻蚀技术方面，我们取得了重要的突破。通过精 确控制反应参数，我们成功地实现了对光学材料的精确 刻蚀，得到了高质量的刻蚀图案和结构。
材料适应性
我们的方法成功地应用于多种光学材料，包括玻璃、晶 体、陶瓷和金属氧化物等，这表明我们的方法具有广泛 的材料适应性。
更广泛的适用范围
目前干法刻蚀技术主要应用于半导体制造领域，但随着光学材料和其他新材料的发展，未 来干法刻蚀技术的应用范围将更加广泛。例如，光学材料具有高度透明性和硬度等特点， 未来干法刻蚀技术有望在光学材料加工领域取得重要突破。
未来研究方向
干法刻蚀过程的物理机制研究
深入探究干法刻蚀过程中的物理机制，包括反应动力学、薄膜应 力等，为优化刻蚀工艺和提高刻蚀质量提供理论支持。
成本与可持续性
我们的方法涉及高精度的设备和材料，这可能导致制造成本较高。此外，干法刻蚀过程需要使用大量的化学试剂和气体， 对环境可能产生一定影响，因此需要进一步研究可持续性和环保性更强的替代方案。
对未来研究的建议
工艺优化
进一步研究干法刻蚀过程中的各种参数对刻 蚀效果的影响，以进一步优化工艺条件，提 高刻蚀质量和效率。
总结词
硅基光学材料由于其稳定的物理化学性质以及优异的机械性能，成为了光学领域的重要材料。而干法刻蚀技术 以其高精度、高效率的优点，在硅基光学材料的加工中得到了广泛应用。
干法刻蚀和湿法刻蚀
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。
干法刻蚀技术
干法刻蚀技术干法刻蚀技术是一种常用于微纳加工领域的表面加工技术。
它通过利用化学反应或物理作用，将材料表面的一部分物质去除，从而实现对材料的精确加工和微纳结构的制备。
干法刻蚀技术具有高精度、高效率和可重复性等优点，因此在微电子、光学器件、生物医学和纳米材料等领域得到广泛应用。
干法刻蚀技术主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。
物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行刻蚀，常见的方法有离子束刻蚀和反应离子刻蚀。
离子束刻蚀是利用高能离子束对材料表面进行轰击，使表面原子或分子脱离并被抛射出去，从而实现刻蚀效果。
反应离子刻蚀则是在离子束刻蚀的基础上引入反应气体，使离子与气体发生化学反应，增加刻蚀速率和选择性。
化学干法刻蚀是利用化学反应将材料表面的物质转化为气体或溶液，从而实现刻蚀效果。
常见的化学干法刻蚀方法有湿法刻蚀和等离子体刻蚀。
湿法刻蚀是将材料浸泡在特定的腐蚀液中，通过化学反应溶解材料表面的物质。
等离子体刻蚀则是利用等离子体中的高能粒子对材料表面进行刻蚀，其刻蚀速率和选择性可以通过调节等离子体参数进行控制。
干法刻蚀技术在微纳加工中具有广泛的应用。
在微电子领域，干法刻蚀技术被用于制备集成电路中的细微结构，如晶体管和电容器等。
在光学器件制造中，干法刻蚀技术可以用于制备光纤、光栅和微透镜等微结构。
在生物医学领域，干法刻蚀技术被应用于制备微流控芯片和生物传感器等微器件。
此外，干法刻蚀技术还可以用于制备纳米材料，如纳米线、纳米颗粒和纳米孔等。
干法刻蚀技术的发展离不开对材料表面和刻蚀过程的深入研究。
科学家们通过对材料表面的分析和刻蚀机理的探索，不断改进和优化干法刻蚀技术，提高其加工精度和效率。
同时，随着纳米科技的快速发展，对于更小尺寸和更高精度的微纳结构的需求也在不断增加，这对干法刻蚀技术提出了更高的要求。
干法刻蚀技术作为一种重要的微纳加工技术，在各个领域都发挥着重要作用。
通过不同的刻蚀方式和参数的调节，可以实现对材料的精确加工和微纳结构的制备。
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）。
第 章 干法刻蚀
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刻蚀参数
7. 等离子体诱导损伤 等离子体诱导损伤有两种情况： • 等离子体在MOS晶体管栅电极产生陷阱电荷引起薄栅氧化
硅的击穿。 • 带能量的离子对暴露的栅氧化层或双极结表面上的氧化层
③等离子体中的反应正离子在自偏置电场中加速得到能量轰击样片表 面，这种离子轰击不仅对样片表面有一定的溅射作用形成物理刻蚀， 而且提高了表面层自由基和反应原子或原子团的化学活性，加速与 样片的化学反应。
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的 侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
第十章 干法刻蚀
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刻蚀概述
刻蚀的概念: 用化学或物理的方法有选择地去除不需要的材料的工艺过程称
为刻蚀。由于硅可以作为几乎所有集成电路和半导体器件的 基板材料，所以本章主要讨论在硅基板表面的刻蚀过程。 刻蚀示意图：
2
刻蚀概述
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
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干法刻蚀的机制
等离子体干法刻蚀机理及刻蚀参数对比
刻蚀参数 刻蚀机理 侧壁剖面
物理刻蚀 RF场垂直片面 物理离子溅射
各向异性
化学刻蚀 物理和化学刻蚀
RF场平行片面 RF场垂直片面
活性元素 离子溅射和活性
化学反应元素化学反应Fra bibliotek各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
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干法刻蚀
刻蚀类型 湿法腐蚀
侧壁剖面 各向同性
半导体芯片干法刻蚀工艺
半导体芯片干法刻蚀工艺在这个数字化的时代，半导体芯片可谓是科技界的小明星，大家对它们的热情，就像追星族追逐偶像一样，热火朝天。
而提到半导体芯片，干法刻蚀工艺绝对是一个不可忽视的环节。
今天咱们就来聊聊这个“干法刻蚀”的故事，让你在轻松中了解这门高深的技术。
1. 什么是干法刻蚀？1.1 定义首先，干法刻蚀就是用气体来处理材料，简单来说就是通过气体将多余的部分“刻”掉。
就像我们平时用刀削水果，削掉外皮，露出里面美味的果肉。
干法刻蚀用的可不是普通的刀，而是高科技的气体分子，神奇吧？1.2 为什么需要它？为什么要干法刻蚀呢？其实这背后有个大秘密。
半导体材料上需要留下微小的电路图案，这些图案就像是一幅精美的画作，而干法刻蚀就是这个画家的工具。
没有它，芯片就像一盘没有调味料的菜，毫无生气。
2. 干法刻蚀的过程2.1 设备与准备干法刻蚀的设备可不是家里那种简单的工具，而是需要高科技的机器。
首先要准备好材料，这就像做菜前先把食材准备齐全。
材料要干净，没有杂质，否则结果就像炒饭时夹杂了不该有的调料，味道会很差。
2.2 刻蚀步骤接下来就是真正的“刻蚀”过程。
我们把准备好的材料放入刻蚀机中，然后把气体注入，气体和材料发生反应，把不需要的部分给“消灭”掉。
这一步就像是让一位雕刻家在大理石上精雕细琢，细致入微，最终形成我们想要的图案。
整个过程需要极高的温度和压力，真是热火朝天，紧张又刺激。
3. 干法刻蚀的优势与挑战3.1 优势干法刻蚀的优势可不少。
首先，它能实现高精度的刻蚀，就像精准的手艺人，毫不马虎。
此外，干法刻蚀能处理各种不同的材料，这样一来，适应性强，真是让人赞叹不已。
3.2 挑战不过，挑战也随之而来。
比如，气体的选择、刻蚀的速度等等，都是需要精确把控的，要是稍有差池，就可能导致整个工艺的失败。
这就像是在走钢丝，一不小心就得“摔”下来，真是心惊胆战。
4. 总结干法刻蚀工艺就像一门艺术，既有技术的严谨，也有创意的灵动。
干法刻蚀
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干法刻蚀技术的分类
物理化学刻蚀：
物理和化学混合作用的机理可以理解为离子轰击改善化学刻蚀作用。加入离子 撞击的作用：一是将待蚀刻物质表面的原子键结破坏，以加速蚀刻速率；二是 将再沉积于待蚀刻物质表面的产物或聚合物打掉，以便待蚀刻物质表面能再与 反应蚀刻气体接触
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典型的干法刻蚀模式及原理
离子束刻蚀（IBE）：
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典型的干法刻蚀模式及原理
电感耦合等离子体刻蚀（ICP）：
ICP系统有2个独立的射频电源 RF1和RF2，一个接到反应室外 的电感线圈，另一个接反应室 内的电极。给反应室外的线圈 加压时，反应室内产生交变的 电磁场，当电场达一定程度时， 气体产生放电现象，进入等离 子态，交变的电磁场使等离子 体中电子路径改变，增加等离 子体密度
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典型的干法刻蚀模式及原理
GaAs刻蚀
GaN刻蚀
3
典型的干法刻蚀模式及原理
RIE与ICP比较：
RIE 离子密度低( ~109 ~1010/cm3) 离子密度与离子能量不能分别控 制 离子能量低，刻蚀速率低 低压下刻蚀速率低 DC Bias损伤大 ICP 离子密度高(>1011/cm3)（刻蚀速率 高） 离子密度由ICP功率控制，离子能 量由RF功率控制 在低离子能量下可控离子流量达 到高刻蚀速率 低压下由于高离子流量从而维持 高刻蚀速率 DC Bias损伤小
干法刻蚀
2015.4.17
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刻蚀技术中的术语
干法刻蚀技术的分类
典型的干法刻蚀模式及原理
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干法刻蚀技术的应用
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刻蚀技术中的术语
刻蚀
用物理的、化学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 材料去除，从而得到和抗蚀剂完全一致的图形
干法刻蚀原理
干法刻蚀原理干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术，它通过化学气相沉积和干法刻蚀两个基本步骤来实现对材料表面的加工。
在干法刻蚀中，刻蚀气体和反应产物都以气态存在，不需要溶液的介入，因此得名“干法刻蚀”。
干法刻蚀技术广泛应用于半导体、光电子器件、生物芯片等领域，对于微纳加工领域具有重要意义。
干法刻蚀的原理主要包括两个方面，刻蚀气体的选择和刻蚀过程的控制。
首先，刻蚀气体的选择对于干法刻蚀的效果至关重要。
刻蚀气体通常是一种活性气体，比如氟化氢、氯气、氧气等，它们能够与被刻蚀材料发生化学反应，形成气态的产物，从而实现对材料表面的刻蚀。
其次，刻蚀过程的控制也是干法刻蚀的关键。
在刻蚀过程中，需要控制刻蚀气体的流量、压力、温度等参数，以及对被刻蚀材料的表面进行保护，避免不必要的刻蚀损伤。
在干法刻蚀中，刻蚀气体与被刻蚀材料表面发生化学反应，生成气态的产物，然后被抽走，从而实现对材料表面的刻蚀。
这种刻蚀过程具有很高的选择性，能够实现对特定材料的精确加工。
同时，干法刻蚀还具有高速、高效、低污染等优点，适用于对微细结构的加工。
因此，干法刻蚀技术在微纳加工领域得到了广泛的应用。
需要指出的是，干法刻蚀也存在一些局限性。
首先，刻蚀气体的选择和刻蚀过程的控制对于刻蚀效果有着至关重要的影响，需要经过一定的工艺优化和参数调整。
其次，干法刻蚀的刻蚀速率通常较低，对于一些需要大面积刻蚀的应用来说，可能不太适用。
因此，在实际应用中需要根据具体的加工要求选择合适的加工技术。
总的来说，干法刻蚀作为一种重要的微纳加工技术，具有很高的加工精度和选择性，广泛应用于半导体、光电子器件、生物芯片等领域。
随着微纳加工技术的不断发展，相信干法刻蚀技术在未来会有更广阔的应用前景。
干法刻蚀原理
干法刻蚀原理干法刻蚀是一种常用的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造、微纳米器件制备等领域。
干法刻蚀是指在无液体介质的条件下，利用化学气相反应或物理能量加工材料表面的过程。
本文将介绍干法刻蚀的原理及其在微纳加工中的应用。
干法刻蚀的原理主要包括物理干法刻蚀和化学干法刻蚀两种方式。
物理干法刻蚀是利用物理能量对材料进行加工，常见的有离子束刻蚀、反应离子刻蚀等。
而化学干法刻蚀则是通过化学气相反应来实现对材料的加工，包括等离子体刻蚀、化学气相沉积等。
在物理干法刻蚀中，离子束刻蚀是一种常见的方法。
离子束刻蚀是利用高能离子轰击材料表面，使其发生物理或化学变化，从而实现对材料的加工。
通过控制离子束的能量、角度和注入时间，可以实现对材料表面的精细加工。
在化学干法刻蚀中，等离子体刻蚀是一种常用的方法。
等离子体刻蚀是利用等离子体中的活性粒子对材料表面进行化学反应，从而实现对材料的加工。
通过控制等离子体中的成分和反应条件，可以实现对材料的高精度加工。
干法刻蚀在微纳加工中具有重要的应用价值。
首先，干法刻蚀可以实现对材料的高精度加工，可以制备出尺寸精密、表面光滑的微纳器件。
其次，干法刻蚀可以实现对材料的选择性加工，可以在不同材料之间实现清晰的界面。
最后，干法刻蚀可以实现对材料的大面积加工，可以满足大规模生产的需求。
总的来说，干法刻蚀是一种重要的微纳加工技术，具有高精度、选择性和大面积加工的优势。
在未来的微纳加工中，干法刻蚀将继续发挥重要作用，推动微纳器件的发展和应用。
干法蚀刻原理
干法蚀刻原理干法蚀刻是一种基于化学反应进行材料加工的技术，通过气相中的化学反应来控制材料表面的加工，是一种高精度微纳加工技术。
干法蚀刻主要应用于半导体和微电子制造工艺中，可以用于制备芯片、微电子器件、MEMS和光学器件等。
干法蚀刻原理是基于气相反应原理，主要是通过离子束或者反应性气体在材料表面发生的化学反应来实现微观结构的加工。
在干法蚀刻中，反应气体一般为电离态，进入蚀刻室后被加速成高能量离子束，然后当离子束撞击目标材料表面时，会产生能量转移，从而使目标材料表面的化学键发生断裂产生反应。
当反应物进一步扩散到目标材料表面时会发生化学反应，生成新的化合物并释放气体产物。
这个过程中材料表面产生了各种化学反应，从而产生了微观的空洞和分子结构变化，实现了微细结构加工的效果。
干法蚀刻技术主要分为两种类型：物理性干法蚀刻和化学性干法蚀刻。
物理性干法蚀刻主要是利用粒子束对材料表面进行削除加工，常用的物理性干法蚀刻包括离子束刻蚀、反应离子束刻蚀、电子束刻蚀等。
化学性干法蚀刻则是利用反应性气体来实现化学反应加工，常用的化学性干法蚀刻包括等离子刻蚀、化学气相沉积、反应性离子束沉积等。
等离子体刻蚀是一种最常用的化学性干法蚀刻技术，它主要是在高频或微波磁场的作用下产生高温、高压、高电位的等离子体，将反应气体激发成离子状态，并在等离子体的作用下进行材料表面的化学反应。
等离子体刻蚀是一种高效的微米级结构加工方法，可用于制造微型元件、微流体芯片、光学器件、生物芯片等领域。
化学气相沉积是干法蚀刻技术的另一种重要应用，它是利用反应性气体在表面反应沉积出薄膜来制备材料。
化学气相沉积过程主要是利用气体中的化学成分，在材料表面上发生化学反应，使薄膜有自组装和自组织的特性，从而自行组成所需要的形状和特性。
总之，干法蚀刻原理是利用物理性和化学性干法蚀刻技术来实现微米、纳米级结构加工的一种高精度微纳加工技术，这种技术的应用领域很广，包括微型元件、微流体芯片、光学器件、生物芯片等领域。
干法刻蚀
干蚀刻一般用于 非金属膜的蚀刻
二、干蚀刻的原理
什么是电浆？
加热
加热
加电
固体
液体
气体
电浆
自由基 正离子 电子 分子
电浆是除固、液、气外，物质存在的第四态。
它主要由电子、正离子、分子、自由基等组成，但其中正负电荷总数却处处 相等，对外显示电中性。这种状态的气体被称为电浆（Plasma）。
二、干蚀刻的原理
射频电源 制程气体
电浆
光阻 光阻 非金属薄膜 光阻
基板
反应气体在高频电场作用下产生电浆（Plasma）。 电浆与基板发生作用将没有被光刻胶掩蔽的非金属薄膜蚀刻掉。
三、干蚀刻的模式
干蚀刻模式
PE mode
RIE mode
ICP mode
ECCP mode
三、干蚀刻的模式
PE mode（Plasma Etching mode等离子刻 蚀模式 ）
二、干蚀刻的原理
干蚀刻的方式
物理性蚀刻 化学性蚀刻
Plasma
Plasma
物理性蚀刻：是电浆中的正离子在电场的作用下加速。垂直轰击薄膜表面， 是非等向性的蚀刻（电场方向蚀刻速率较大）。 化学性蚀刻：是电浆中的自由基与薄膜发生化学反应，是等向性的蚀刻 （各方向蚀刻速率一致）。
干蚀刻的工作原理
二、干蚀刻的原理
MFC
Chiller
Pneumatic Valve
Filter
VMB
EPD
13.56MHz
Matching Box Relief Pipe
PS
CM1 CM2
B-A
~
~
3.2MHz
APC TMP
Dry pump
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。
芯片刻蚀原理
芯片刻蚀原理
芯片刻蚀原理是指利用化学或物理方法，以去除或改变芯片表面部分材料的方式，实现对芯片结构的精确加工。
在芯片制造过程中，刻蚀是一个重要的工艺步骤，用于形成纳米级别的结构和通道。
芯片刻蚀可分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种方法。
1. 干法刻蚀：
干法刻蚀是通过在真空或气氛中，引入特定的化学气体，在高频电场或射频场的作用下，产生等离子体。
等离子体中的高能粒子与芯片表面相互碰撞，将材料原子从表面去除。
干法刻蚀常用的气体有氟化物、氯化物等，它们可以与芯片表面的材料发生化学反应，形成易于去除的气体或溶解物。
干法刻蚀具有刻蚀速率快、刻蚀深度均匀、加工精度高等优点，适用于刻蚀深度较大的结构。
2. 湿法刻蚀：
湿法刻蚀是通过将芯片浸泡在特定的化学液体中，利用化学反应将芯片表面的材料蚀去。
湿法刻蚀可分为均匀蚀刻和选择性蚀刻两种方式。
- 均匀蚀刻：在均匀蚀刻过程中，芯片表面的材料被均匀蚀去，适用于要求芯片整体薄化或去除一致厚度的材料。
- 选择性蚀刻：在选择性蚀刻过程中，芯片中不同材料的蚀刻
速率不同，可以通过调整蚀刻液中的化学组成和温度等因素，实现不同材料的选择性蚀刻。
选择性蚀刻常用于形成井、孔等
空间结构，或是去除芯片中的残留材料。
总的来说，芯片刻蚀原理是通过控制化学或物理反应，实现对芯片表面材料的去除或改变，以实现芯片结构的加工和制造。
不同的刻蚀方法和参数选择，可以实现不同的刻蚀效果和加工要求。
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。
干法刻蚀.
最小的光刻胶脱落或粘附问题
刻蚀速率＝ΔT/t（Å /min)
Bias：凹切量或侧蚀宽度
好的片内、片间、批次间的刻蚀均匀性
等离子体刻蚀又称为激发反应气体刻蚀，属于化学刻蚀，各向同性。
② 自由基和反应原子或原子团的化学性质非常活泼，它们构成了等离子体的反应元素，自由基、反应原子或原子团与被刻蚀的材料进
行化学反应形成了等离子体刻蚀。
• 气体离化团束 (GCIB) 中束团的动能由组成原子共享，平均每个 原子的入射能量约在10 eV以下。因而，在碰撞过程中，团束原 子的整体运动使得团束仅对靶材表面的前几个原子层产生轰击效 应。
30 kV的气体离化团束设备图
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气体离化团束加工技术
• GCIB的优点：
➢ 浅层注入，损伤小； ➢ 高产额溅射（比单原子离子高出100倍以上）； ➢ 侧向溅射，利于表面平坦化； ➢ 表面清洁效率高。
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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。
化学反应
元素化学反应
各向同性
各向异性
选择比 刻蚀速率
低/难提高 （1：1）
高
很高 （500：1）
慢
高（5：1 ～100：1）
适中
线宽控制
好
非常差
很好
16
干法刻蚀的过程
RIE: 物理刻蚀+化学刻蚀
④由于离子轰击的方向性，遭受离子轰击的底面比未遭受离子轰击的侧面的刻蚀要快得多，达到了很好的各向异性。
干法刻蚀
挥发性刻蚀副产物 和其它未参加反应 的物质被真空泵抽 出反应腔。
刻蚀终止
刻蚀终止
干式蚀刻不像湿式蚀刻，具 有很高的选择比，过度的干 蚀刻可能会损伤下一层的材 料，因此，蚀刻时间的正确掌握是必要的。另外，反应器状况的 细微改变，如气体流量、温度、晶片上材料的差异，都会影响蚀 刻时间，因此必须时常去检查蚀刻速率的变化，以确保蚀刻的再 现性。使用终点测量器可以计算出蚀刻结束的正确时间，从而准 确地控制过度蚀刻的时间，以确保多次蚀刻的再现性。
2.3物理、化学刻蚀
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，同时兼有各向 异性和选择性好的优点。目前已成为超 大规模集成电路制造工艺中应用最广泛 的主流刻蚀技术。 。
物理、化学刻蚀的进行主要靠化学反 应来实现，加入离子轰击的作用有两方面。 1)破坏被刻蚀材质表面的化学键以提 高反应速率。 2)将二次沉积在被刻蚀薄膜表面的产 物或聚合物打掉，以使被刻蚀表面能充分 与刻蚀气体接触。由于在表面的二次沉积 物可被离子打掉，而在侧壁上的二次沉积 物未受到离子的轰击，可以保留下来阻隔 刻蚀表面与反应气体的接触、使得侧壁不 受刻蚀，所以采用这种方式可以获得非等 向性的刻蚀效果。
4.3.3 侧壁剖面
在局部(LI)氧化层介质中的接触窗口尺寸通常与具有高 深宽比的最小特征尺寸相等。对于这种类型的应用，需要 高度各项异性的垂直侧壁剖面。一个重要的因素是高密度 造过程中用到两种基本的氮化硅。一种是在 700 -800摄氏度下用LPCVD淀积的，它产生按Si3N4组成比的 氮化硅膜。另外一种低密度的氮化硅膜是在低于350摄氏 度下用PECVD淀积。由于它的低密度，PECVD生长的氮化硅 膜的刻蚀速率较快。 可用不同的化学气体来刻蚀氮化硅，常用的气体是CF4。 并与O2,和N2混合使用。增加02/N2的含量来稀释氟基的浓 度并降低对下层氧化物的刻蚀速率。另外可能用于氮化硅 刻蚀的主要气体有SiF4、NF3、CHF3 和C2F6。
等离子体干法刻蚀
等离子体干法刻蚀等离子体刻蚀（也称干法刻蚀）是集成电路制造中的关键工艺之一，其目的是完整地将掩膜图形复制到硅片表面，其范围涵盖前端CMOS栅极（Gate）大小的控制，以及后端金属铝的刻蚀及Via和Trench的刻蚀。
在今天没有一个集成电路芯片能在缺乏等离子体刻蚀技术情况下完成。
刻蚀设备的投资在整个芯片厂的设备投资中约占10%~12%比重，它的工艺水平将直接影响到最终产品质量及生产技术的先进性。
干法刻蚀是用等离子体化学活性较强的性质进行薄膜刻蚀的技术。
根据使用离子的刻蚀机理，干法刻蚀分为三种：物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。
其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀，方向性很强，可以做到各向异性刻蚀，但不能进行选择性刻蚀。
化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。
由于刻蚀的核心还是化学反应，因此刻蚀的效果和湿法刻蚀有些相近，具有较好的选择性，但各向异性较差。
最早报道等离子体刻蚀的技术文献于1973年在日本发表，并很快引起了工业界的重视。
至今还在集成电路制造中广泛应用的平行电极刻蚀反应室（Reactive Ion Etch-RIE）是在1974年提出的设想。
在低压下，反应气体在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体，等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团（Radicals）。
活性反应基团和被刻蚀物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应生成物。
反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。
在平行电极等离子体反应腔体中，被刻蚀物是被置于面积较小的电极上，在这种情况，一个直流偏压会在等离子体和该电极间形成，并使带正电的反应气体离子加速撞击被刻蚀物质表面，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应，及反应生成物的脱附，从而导致很高的刻蚀速率，正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现。
干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。
干法刻蚀
1、刻蚀速率刻蚀速率是指在刻蚀过程中去除硅片表面材料的速度，通常用Å/min表示。
※Å：埃米，1埃米Angstrom =1/10000000000米（10的负10次方）。
刻蚀速率=△T/t（Å/min）△T=去掉的材料厚度（Å或μm）t=刻蚀所用的时间（分）※负载效应：刻蚀速率和刻蚀面积成反比。
2、刻蚀剖面刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状。
※各向同性和各向异性：各向同性，刻蚀在各个方向的速率一致；各向异性，刻蚀在各个方向的速率不一致。
3、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。
刻蚀偏差=W b－W aW b=刻蚀前光刻胶的线宽W a=光刻胶去掉后被刻蚀材料的线宽4、选择比选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料的刻蚀速率比。
选择比S R=E f/E rE f=被刻蚀材料的刻蚀速率E r=掩蔽层材料的刻蚀速率（如光刻胶）5、均匀性刻蚀均匀性是一种衡量刻蚀工艺在整个硅片上，或整个一批，或批与批之间刻蚀能力的参数。
※ARDE，微负载效应。
6、残留物刻蚀残留物是刻蚀以后留在硅片表面不想要的材料。
它常常覆盖在腔体内壁或被刻蚀图形的底部。
7、聚合物聚合物是在刻蚀过程中由光刻胶中的碳转化而来并与刻蚀气体（如C2F4）和刻蚀生成物结合在一起形成的。
8、等离子体诱导损伤A、一种主要的损伤是非均匀等离子体在晶体管栅电极产生陷阱电荷，引起薄栅氧化硅的击穿。
B、另一种器件损伤是能量粒子对暴露的栅氧化层的轰击。
发生在刻蚀时栅电极的边缘。
9、颗粒沾污和缺陷等离子体带来的硅片损伤有时也由硅片表面附近的等离子体产生的颗粒沾污而引起的。
由于电势的差异，颗粒产生在等离子体和壳层的界面处。
当没有等离子体时，这些颗粒就会掉到硅片表面。
氟基化学气体等离子体比氯基或溴基等离子体产生较少的颗粒，因为氟产生的刻蚀生成物具有较高的蒸汽压。
干法刻蚀是把硅片表面暴露于气态中产生的等离子体，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应（或同时有这两种反应），从而去掉暴露的表面材料。
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二、干蚀刻的原理
离子化碰撞 当电子与一个原子或分子相碰撞时，它会将部分能量传递给受到原子核或 分子核束缚的轨道电子上。如果该电子获得的能量足以脱离核子的束缚， 它就会变成自由电子，此过程称为粒子碰撞游离。 e- +A→A++2e 离子化碰撞非常重要，它产生并维持电浆 原子
• • • • 物理性蚀刻+化学性蚀刻 在下电极接有两个电源 其中Source Power主要用来解离气体 以产生plasma Bias Power主要用来调节plasma的状
SF5+ F* plasma
态 ，以加强離子的轰击效应所以
Plasma的密度虽不是很高，但依然能 达到较高的蚀刻速率。 • • 非等向性蝕刻 高蚀刻速率
C
F
+
e ＋ CF4 →CF3* ＋ F * ＋e
激发松弛碰撞
二、干蚀刻的原理
激发：碰撞传递足够多的能量而使轨道电子跃迁到能量更高的轨道的过程。 e- +A → A＊+e 激发状态不稳定且短暂，在激发轨道的电子会迅速掉到最低的能级或基态，此 过程称为松弛。激发的原子或分子会迅速松弛到原来的基态，并以光子的形式 把它从电子碰撞中得到的能量释放出来。 A＊→ A + hν 激发 松弛 hν 电子
P/C T/M L/L
P/C T/M L/L
五、干蚀刻制程腔的构造
Gas System
A/A
C/S C/S C/S C/S Plasma
MFC
Chiller
Pneumatic Valve
Filter
VMB
EPD
13.56MHz
Matching Box Relief Pipe
PS
CM1 CM2
B-A
~
三、干蚀刻的模式
ICP mode（Inductively Coupled Plasma ）
• • • 物理性蚀刻+化学性蚀刻 上部是线圈状的诱导电极，下部是Bias电源 在线圈状电极的磁场作用下，plasma中的电 子和离子会做水平方向的螺旋运动，因此电 离率比其他的type高2倍
Source power(13.56MHz)
显影(Developer)
一、干蚀刻的定义
干蚀刻的定义：
蚀刻，就是通过“电浆（Plasma）蚀刻”即干蚀刻或“湿式化学蚀刻” 将显影后没有被光阻覆盖的薄膜去除，做出需要的线路图案； 干蚀刻，即将特定气体置于低压状态下施以电压，将其激发成电浆，对 特定膜层加以化学性蚀刻或离子轰击，达到去除膜层的一种蚀刻方式； 简单的说，干蚀刻：去掉不想要的薄膜，留下想要的。
~
3.2MHz
APC TMP
Dry pump
Exhaust
RF System
Vacuum System
干刻工程师相关责任
• • • • • • • • • • • • • • •
设备 保证部门设备稳定的生产及运行。
设备日常的点检、维护及保养。 设备重大异常改善。 设备定期的MQC test。 设备备品备件second source导入计划。 设备操作保养等SOP制定。 Parts管理。
干蚀刻简介
目录
一、干蚀刻的定义
二、干蚀刻的原理 三、干蚀刻的模式 四、干蚀刻设备结构 五、干蚀刻制程腔的构造
一、干蚀刻的定义
去光阻液 (Stripper) 清洗 镀 下 一 层 膜 酸 气体
去光阻
蚀刻 (Dry、Wet)
镀膜(PVD、CVD)
光罩
显影液
上光阻(Coater)
曝光(Exposure)
射频电源 制程气体
电浆
光阻 光阻 非金属薄膜 光阻
基板
反应气体在高频电场作用下产生电浆（Plasma）。 电浆与基板发生作用将没有被光刻胶掩蔽的非金属薄膜蚀刻掉。
三、干蚀刻的模式
干蚀刻模式
PE mode
RIE mode
ICP mode
ECCP mode
三、干蚀刻的模式
PE mode（Plasma Etching mode）
Source power (13.56MHz)
ECCP mode
Bias power (3.2MHz)
四、干蚀刻的设备结构
设备布局
P/C P/C P/C1 P/C2 L/L: Loader/lock。用于基板的 装载和卸载。
T/M
T/M
T/M
P/C3
T/M: Transfer Module。里面主 要部件为真空robot，连接L/L 和P/C。
干蚀刻一般用于 非金属膜的蚀刻
ห้องสมุดไป่ตู้
二、干蚀刻的原理
什么是电浆？
加热
加热
加电
固体
液体
气体
电浆
自由基 正离子 电子 分子
电浆是除固、液、气外，物质存在的第四态。
它主要由电子、正离子、分子、自由基等组成，但其中正负电荷总数却处处 相等，对外显示电中性。这种状态的气体被称为电浆（Plasma）。
二、干蚀刻的原理
二、干蚀刻的原理
干蚀刻的方式
物理性蚀刻 化学性蚀刻
Plasma
Plasma
物理性蚀刻：是电浆中的正离子在电场的作用下加速。垂直轰击薄膜表面， 是非等向性的蚀刻（电场方向蚀刻速率较大）。 化学性蚀刻：是电浆中的自由基与薄膜发生化学反应，是等向性的蚀刻 （各方向蚀刻速率一致）。
干蚀刻的工作原理
二、干蚀刻的原理
L/L
C/S
L/L
L/L
C/S
P/C: Process chamber。反应 腔，完成薄膜的蚀刻，做出需 要的线路。
I-Type
Cluster-Type
四、干蚀刻的设备结构
两种Type比较:Down风险
Cluster-Type
MP-1800
A/A
A/A
I-Type
SS-1700
A/A
A/A
P/C T/M L/L
二、干蚀刻的原理
干蚀刻的方式
干蚀刻中起作用的主要是自由基和正离子。自由基化学性质很活泼，很容 易和膜表面分子发生反应，可达到膜层去除的作用。反应生成物作为废气 被排出。 带正电的离子在电场的作用下几乎垂直撞向基板，轰击膜层表面的分子键 合，促进自由基的化学反应，并使表面产生的反应物脱落。 干蚀刻是以自由基为主，还是以正离子为主。是根据使用的不同分为2种： 物理性蚀刻 化学性蚀刻
Process gas
SF5+ F* plasma
•
•
下部的bias电极吸引ion轰击基板，进行蚀刻，
能达到高密度的plasma及高蚀刻率 非等向性蚀刻
Bias power(3.2MHz)
•
一般会产生particle
ICP mode
三、干蚀刻的模式
ECCP mode (Enhanced Capacitive coupled Plasma)
• 化学性蚀刻 • 射频电源接在上电极,基板位于 下电极上 • 在蚀刻中利用自由基与基板的 的化学反应进行蚀刻，是等向 性蚀刻 • 低蚀刻速率 • 低均一性 • 对面板造成的损害很少 RF(13.56MHz)
F* F* plasma
F*
PE mode
三、干蚀刻的模式
RIE mode (Reactive Ion Etching mode) • 物理性蚀刻+化学性蚀刻 • RF接到放置基板的下电极 • 带正电的粒子在电场的作用 下加速，垂直对基板进行粒 子轰击，促进自由基的化学 反应 • 非等向性蚀刻 RIE mode RF(13.56MHz) SF5+ F* plasma
•部门Cost down提案。 •设备改造及优化。 •设备稼动率提升。 •产品异常改善及良率提升。
培训
•新人基础培训计划及课程。 •新人实际操作及异常对应培训计划。 •各项专业技能培训计划。 •安全及应急措施教育。 •部门内部技术交流及讨论。
专案
工艺 工艺参数调整及产品异常改善。
新产品新技术导入计划。 产品异常处理流程制定。 产品管控流程、项目及规格制定。 产品规格监控及异常对应。 材料评估及实验。
新电离电子
电子
轰击
Cl +e
Cl ¯ ＋ 2e
分解碰撞
二、干蚀刻的原理
当电子和分子碰撞时，如果因撞击而传递到分子的能量比分子的键合能量 更高时，那就能打破化学键并且产生自由基。 e- +AB → A +B +e 自由基是至少带有一个不成对电子的一种分子碎片，因此并不稳定。自由 基在化学上是非常活泼的，因为它们有一种很强的倾向去抢夺其他原子或 分子的电子以形成稳定的分子。 轰击 电 子 F F C F F F e