等离子体刻蚀
电感耦合等离子体刻蚀和离子束刻蚀的区别
电感耦合等离子体刻蚀和离子束刻蚀的区别
电感耦合等离子体刻蚀和离子束刻蚀是两种常见的刻蚀技术，主要用于半导体器件制造和微纳加工领域。
它们的区别如下：
1. 工作原理：电感耦合等离子体刻蚀是利用电磁感应将高频电场引起的等离子体加热，通过等离子体中的离子和气体中的化学物质反应来实现物质的刻蚀。
离子束刻蚀则是利用高能离子束对物质表面进行打击和剥离，从而实现刻蚀效果。
2. 刻蚀效果：电感耦合等离子体刻蚀通常能够实现较快的刻蚀速率，并且能够实现比较均匀的刻蚀深度。
离子束刻蚀在刻蚀速率方面可能较慢，但可以实现更高的刻蚀精度和控制性。
3. 反应物种：电感耦合等离子体刻蚀主要依赖等离子体与反应气体中的反应物种进行化学反应刻蚀。
而离子束刻蚀则主要是通过离子束的物理撞击效应进行剥离刻蚀。
4. 设备结构和成本：电感耦合等离子体刻蚀设备一般较为复杂，包括功率源、匹配网络、电极等部件。
而离子束刻蚀则一般相对简单，只需一个离子束源。
因此，离子束刻蚀设备的成本可能相对较低。
总的来说，电感耦合等离子体刻蚀和离子束刻蚀各有优缺点，选择哪种刻蚀技术要根据具体的应用需求和实际情况来决定。
等离子体刻蚀工作原理
等离子体刻蚀工作原理等离子体刻蚀是一种常见的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造、纳米材料制备等领域。
本文将介绍等离子体刻蚀的工作原理，帮助读者更好地了解这一技术。
一、简介等离子体刻蚀是通过将气体激发成等离子体状态，利用高能离子或自由基的化学反应以及物理轰击来去除材料表面的一种技术。
它具有高精度、高速率和高选择性等特点，是制备微结构和纳米结构的重要手段。
二、等离子体刻蚀过程等离子体刻蚀过程主要分为物理刻蚀和化学刻蚀两个阶段。
1. 物理刻蚀：当气体被加热并加高电压或电磁场时，气体中的原子和分子受到激发，形成等离子体。
等离子体中的离子和自由基具有高能量，它们会以高速运动并撞击目标表面。
这种物理轰击会破坏表面原子的结构，使材料从表面脱落。
2. 化学刻蚀：等离子体中的气体离子和自由基还能与目标表面发生化学反应。
例如，在氟化氢等离子体刻蚀工艺中，氟离子会与目标材料表面的金属或氧化物发生反应，形成易溶于气体的化合物。
这种化学反应能够加速材料去除的速度。
三、刻蚀选择性控制在等离子体刻蚀中，选择性控制是非常重要的。
选择性控制指的是在多层结构中只刻蚀特定层或材料，而不会对其他层或材料产生明显影响。
以下几种机制可以实现选择性控制：1. 材料本身的选择性：不同材料在等离子体刻蚀过程中会有不同的反应速率，这是由材料的化学性质和结构特征决定的。
利用材料本身的选择性，我们可以控制特定材料的刻蚀速率，实现选择性刻蚀。
2. 掩膜层：在需要保护的区域上覆盖一层掩膜，掩膜层可以阻挡离子和自由基的轰击，从而实现对底层材料的保护。
掩膜层通常采用高耐腐蚀性和高厚度的材料。
3. 循环刻蚀：在刻蚀过程中，通过循环切换刻蚀和保护气体，可以控制刻蚀速率和选择性。
例如，在两个不同材料的刻蚀中交替使用两种不同刻蚀气体，可以实现对这两种材料的选择性刻蚀。
四、应用领域和发展趋势等离子体刻蚀技术在集成电路制造中起着至关重要的作用。
它被用于去除、修复、改变芯片表面的材料，以实现电子器件的制备和功能优化。
等离子刻蚀有机
等离子刻蚀有机
等离子刻蚀（plasma etching）是一种常用的微纳加工技术，
用于在固态材料表面进行精确的微米至纳米尺度的刻蚀。
它利用一种高能量的等离子体（由离子、电子和中性分子组成）来溶解或蚀削材料表面，从而实现微纳结构的制备。
在有机材料刻蚀中，常用的等离子刻蚀方法包括射频辅助等离子体刻蚀（RF plasma etching）和微波辅助等离子体刻蚀（microwave plasma etching）。
等离子刻蚀有机材料的目的通
常是制备出特殊形状的微结构，或者改变材料表面的化学特性。
等离子刻蚀有机材料的步骤如下：
1. 将待刻蚀的有机材料置于真空环境中，通常在封闭式的刻蚀室中进行。
2. 在刻蚀室中加入刻蚀气体，常用的刻蚀气体有氧气（O2）、氮气（N2）等。
3. 引入高能量的等离子体，可以通过提供射频（RF）功率或
微波功率来激发等离子体。
激发后的等离子体会与刻蚀气体中的分子发生碰撞，产生高能离子和自由基。
4. 高能离子和自由基与待刻蚀的有机材料表面发生碰撞，并引起化学或物理反应。
这些反应可能导致有机材料的溶解、氧化或氟化等。
5. 根据反应的条件和材料性质，控制刻蚀过程的速率和形貌。
需要注意的是，等离子刻蚀有机材料可能会引起表面的化学改变，甚至损坏材料的结构，因此在选择刻蚀条件和参数时需要进行严密的控制。
此外，由于有机材料通常具有较高的可燃性，
因此刻蚀过程需要特殊的安全防护措施，以防止火灾等事故的发生。
等离子体刻蚀技术的操作指南与优化要点
等离子体刻蚀技术的操作指南与优化要点介绍：等离子体刻蚀技术是一种常用于半导体制造过程中的重要技术，可以高精度地刻蚀材料表面，用于制作微观结构。
本文将为读者提供一份操作指南与优化要点，帮助他们掌握这一技术的使用方法和参数调节。
一、等离子体刻蚀技术的基本原理等离子体刻蚀技术是通过产生等离子体来刻蚀材料表面。
其中，等离子体由电离的气体分子或原子组成，通过加热或电离方式生成。
刻蚀过程中，高能的等离子体与材料表面的原子或分子发生碰撞，使其脱离表面并被抽走，从而实现刻蚀有序结构的目的。
二、操作指南1. 设定刻蚀参数：在进行等离子体刻蚀前，首先需要设定适当的刻蚀参数。
参数包括刻蚀气体的种类和流量、放电功率、刻蚀时间等。
不同材料和要刻蚀的结构形状需要不同的参数设置，因此需根据实际需要进行调整。
2. 样品处理：在刻蚀之前，样品表面需要进行预处理，例如清洗和除去氧化层等。
这样可以增加刻蚀的精度和均匀性。
3. 选择合适的刻蚀气体：刻蚀气体的选择对刻蚀效果有很大影响。
常用的刻蚀气体有氟化氢、氟气、氧气等。
不同气体对不同材料有不同的作用，应根据材料类型和所需刻蚀效果选择合适的刻蚀气体。
4. 控制刻蚀速率：刻蚀速率对于刻蚀的深度和均匀性有重要影响。
可以通过调整刻蚀时间和刻蚀功率来控制刻蚀速率。
需要注意的是，刻蚀速率过高可能导致刻蚀深度不均匀，而过低则可能无法满足刻蚀需求。
5. 监控刻蚀过程：在刻蚀过程中，应定期监控刻蚀深度和均匀性。
可以使用显微镜、扫描电镜等工具进行观察和测量，以调整刻蚀参数和纠正不均匀的情况。
6. 发现问题时的处理方法：在刻蚀过程中可能会出现一些问题，如表面残留物、刻蚀不均匀等。
处理方法可以是更换刻蚀气体、调整刻蚀参数或对样品进行再处理。
三、优化要点1. 材料选择：材料的选择直接影响刻蚀效果和刻蚀速率。
应根据具体需求选择合适的材料，例如对于硅基材料，可以选择氟化氢作为刻蚀气体。
2. 气体流量控制：气体流量对刻蚀效果和材料去除速率有直接影响。
等离子体蚀刻技术
等离子体蚀刻技术等离子体蚀刻技术是一种常用的微纳加工技术，广泛应用于半导体、光电子、微电子等领域。
本文将从等离子体蚀刻技术的基本原理、设备和工艺参数的选择以及应用领域等方面进行介绍。
一、等离子体蚀刻技术的基本原理等离子体蚀刻技术是利用高能粒子或分子束对材料表面进行刻蚀的一种方法。
其基本原理是通过在低压气体环境中产生等离子体，利用等离子体中的离子轰击材料表面，使其发生化学反应或物理过程，从而实现对材料表面的刻蚀。
等离子体蚀刻技术具有高精度、高选择性和高均匀性等优点，能够实现微纳米级的加工。
二、等离子体蚀刻设备等离子体蚀刻设备主要由气体供给系统、真空系统、射频功率源、电极系统以及控制系统等组成。
其中，气体供给系统用于提供刻蚀气体，真空系统用于提供蚀刻环境，射频功率源用于产生等离子体，电极系统用于加速和聚焦离子束，控制系统用于控制蚀刻过程的参数。
三、等离子体蚀刻工艺参数的选择等离子体蚀刻工艺参数的选择对于实现理想的加工效果至关重要。
其中，气体种类和流量、工作压力、射频功率和电极系统的设计等是需要考虑的关键因素。
不同材料的刻蚀速率和选择性不同，需要根据具体材料的特性和加工要求进行合理选择。
四、等离子体蚀刻的应用领域等离子体蚀刻技术在半导体、光电子、微电子等领域具有广泛的应用。
在半导体行业中，等离子体蚀刻技术常用于制备集成电路和光刻掩膜等工艺步骤。
在光电子领域，等离子体蚀刻技术可以用于制备光波导器件和微结构等。
在微电子领域，等离子体蚀刻技术可以用于制备微机械系统（MEMS）和纳米加工等。
等离子体蚀刻技术是一种重要的微纳加工技术，具有广泛的应用前景。
通过合理选择蚀刻工艺参数和设备设计，可以实现高精度、高选择性和高均匀性的加工效果。
随着科技的不断进步，相信等离子体蚀刻技术将在微纳加工领域发挥更加重要的作用。
等离子刻蚀 (2)
等离子刻蚀简介等离子刻蚀（Plasma Etching）是一种用于微纳加工的关键技术，通过利用等离子体（Plasma）对材料表面进行化学反应和物理撞击，从而实现对材料的刻蚀。
等离子刻蚀在半导体工业、光学器件制造、纳米材料研究等领域有着广泛的应用。
原理等离子刻蚀的原理是利用产生的等离子体对材料表面进行刻蚀。
等离子体是一个高度电离的气体，由气体分子或原子通过加热、放电等方式激发而产生的自由电子和离子组成。
在等离子体刻蚀过程中，首先需要选择适当的气体作为反应气体，并建立一个等离子体产生的环境。
常用的气体有氧气、氟气、氯气等。
等离子体刻蚀可分为湿法和干法两种方式，湿法刻蚀采用气氛中的气体与被刻蚀物表面发生反应，而干法刻蚀主要是利用等离子体的物理反应。
在刻蚀过程中，等离子体中的电子和离子对材料表面的原子或分子进行撞击，引起表面的化学反应或物理撞击。
通过调节等离子体中的电子和离子的能量、流密度以及刻蚀气体的成分和流量等参数，可以控制刻蚀速率和刻蚀深度，从而实现对材料的精确刻蚀。
应用等离子刻蚀在微纳加工领域有着广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域：半导体工业在集成电路制造过程中，等离子刻蚀被广泛应用于晶圆制备、形成金属电极和导线、形成绝缘层和光刻胶的去除等。
利用等离子刻蚀技术可以实现高精度、高可控性的微细结构加工，从而提高芯片的性能和可靠性。
光学器件制造在光学器件制造过程中，等离子刻蚀被用于制备光学元件的表面形态和表面粗糙度，以及形成光波导结构。
利用等离子刻蚀技术可以实现对光学器件的微纳结构加工，从而提高光学元件的性能。
纳米材料研究在纳米材料研究中，等离子刻蚀被用于制备纳米结构、纳米模板和纳米线阵列等。
利用等离子刻蚀技术可以实现对材料的纳米尺度加工，从而研究纳米领域的新奇物性和应用。
生物医学器件制造在生物医学器件制造过程中，等离子刻蚀被广泛应用于制备微流控芯片、生物芯片和生物传感器等。
利用等离子刻蚀技术可以实现对生物医学器件的微纳结构加工，从而提高生物传感器的灵敏度和稳定性。
等离子体刻蚀
6 电极材料 电极包括阴极和阳极。要求阴极材料是化学惰性的，否则 被刻蚀，消耗反应物质，影响样品的刻蚀速率。 阳极与侧壁在离子的溅射下不会形成挥发性产物，而是将 溅射产物再沉积到其他表面， 包括样品材料表面， 影响 样品的进一步刻蚀。 即使材料本身是化学惰性的，样品材料在刻蚀过程中也会 因物理溅射，尤其是掩膜材料的溅射，将溅射物沉积到阳 极或反应室腔体内部。把这种环境带给下一次实验，“记 忆效应”。 为了尽量减少这种“交叉污染”，应尽量避免同一刻蚀系 统刻蚀多种不同材料，或者要求在每一次新的刻蚀前对反 应室腔体进行等离子体 “清洁”，即在未放样品前用氧 气或氩气对腔室体预刻蚀一段时间。
根据产生等离子体的方式又分为 ICP感性耦合等 离子体（inductively coupled plasma）, CCP 容性耦合等离子体 （capacitively coupled plasma）, ECR微波电子回旋共振等离子体 （microwave electron cyclotron resonance）。
物理加化学的过程 离子的溅射和解吸附的物理特性加上化学 反应特性，刻蚀速度大于单一的任何的单 一过程。
4）具体的仪器原理介绍（RIE、 ICP和ECR）
等离子放电刻蚀技术分类
根据使用离子的物理和化学的作用，可分为 反应离子刻蚀（reactive ion etch）（物理和化 学作用）、离子溅射刻蚀(物理作用)。
等离子体刻蚀
潘华勇 1）介绍等离子体刻蚀在刻蚀方法中的位置 2）刻蚀参数 3）刻蚀的微观机理 4）具体的仪器原理介绍（RIE、ICP和ECR） 5）具体实验参数对刻蚀的影响 6）本实验室刻蚀仪器的介绍（TRION TECHNOLOGY MINILOCK IIIICP） （1）外观，结构，实验参数，一些材料的刻蚀工艺参数， 厂家提供的一些刻蚀材料的情况；（2）实验步骤； 7）作业 8) 参考文献
深反应等离子刻蚀原理
深反应等离子刻蚀原理
深反应等离子刻蚀（deep reactive ion etching, DRIE）是一种常
用于制作微细结构的刻蚀技术。
其原理如下：
1. 等离子体产生：首先，使用高频电源在刻蚀室中产生一个低温等离子体。
通常，氧气（O2）和六氟化硫（SF6）等气体被
引入室内，其气体分子被电离形成等离子体。
2. 离子加速：在等离子体中，通过加速电场将离子加速到高速。
通常，使用较轻的氩气（Ar）离子来加速。
3. 离子碰撞：加速的离子会碰撞到待刻蚀的材料表面。
在碰撞过程中，离子会弹出材料表面上的原子或分子。
4. 反应产物清除：经过碰撞后，材料表面上的原子或分子会与进入室内的气体原子或分子发生化学反应。
这些反应产物将通过抽气系统清除，从而保证刻蚀过程的进行。
通过不断重复以上过程，可实现对材料的深刻蚀。
DRIE技术
具有刻蚀速率快、刻蚀深度可控、刻蚀平直性好等优点，因此在微纳加工领域得到广泛应用。
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• 刻蚀时间过长：刻蚀时间越长对电池片的正反面 造成损伤影响越大，时间长到一定程度损伤不可 避免会延伸到正面结区，从而导致损伤区域高复 合。
• 射频功率太低：会使等离子体不稳定和分布不均 匀，从而使某些区域刻蚀过度而某些区域刻蚀不 足，导致并联电阻下降。
• 冷热探针法
检验方法
冷热探针法测导电型号
等离子体刻蚀工艺
• 装片 在待刻蚀硅片的两边，分别放置一片与硅 片同样大小的玻璃夹板，叠放整齐，用夹 具夹紧，确保待刻蚀的硅片中间没有大的 缝隙。将夹具平稳放入反应室的支架上， 关好反应室的盖子。
• 工艺参数设置
负载容量 （片） 200
预抽 0.2~0.4
工作气体流量（sccm）
CF4
O2
N2
184
16
200
工作阶段时间（分钟）
主抽 充气 辉光
2.5~4
2
10~14
气压 辉光功率 反射功率 （Pa） （W） （W）
120
充气 2
650~750
0
辉光颜色
腔体内呈乳白色，腔 壁处呈淡紫色
*可根据生产实际做相应的调整
• 边缘刻蚀控制
➢ 短路形成途径
由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散， 硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地 扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会 沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而 造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。
检验操作及判断
1. 确认万用表工作正常，量程置于200mV。 2. 冷探针连接电压表的正电极，热探针与电压表的负极相
连。 3. 用冷、热探针接触硅片一个边沿不相连的两个点，电压
表显示这两点间的电压为正值，说明导电类型为P型， 刻蚀合格。相同的方法检测另外三个边沿的导电类型是 否为P型。 4. 如果经过检验，任何一个边沿没有刻蚀合格，则这一批 硅片需要重新装片，进行刻蚀。
等离子体刻蚀
工艺流程介绍
硅片检测
制作绒面
酸洗
管式 PECVD
去PSG
等离子刻蚀
扩散
丝网印刷
烧结
检测分选
包装
目录
• 等离子体的原理及应用 • 等离子刻蚀原理 • 等离子刻蚀过程及工艺控制 • 检验方法及原理
什么是等离子体？
• 随着温度的升高，一般物质依次表现为固体、液 体和气体。它们统称为物质的三态。
等离子体的产生
等离子体刻蚀原理
• 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应 气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活 性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材 料进行反应，形成挥发性生成物而被去除。它的 优势在于快速的刻蚀速率同时可获得良好的物理 形貌 。（这是各向同性反应）
• 这种腐蚀方法也叫做干法腐蚀。
注意事项
• 在配制氢氟酸溶液时，要穿好防护服，戴 好防护手套和防毒面具。
• 不得用手直接接触硅片和承载盒。 • 当硅片在1号槽氢氟酸溶液中时，不得打开
设备照明，防止硅片被染色。
• 硅片在两个槽中的停留时间不得超过设定 时间，防止硅片被氧化。
检验标准
• 当硅片从1号槽氢氟酸中提起时，观察其表 面是否脱水，如果脱水，则表明磷硅玻璃 已去除干净；如果表面还沾有水珠，则表 明磷硅玻璃未被去除干净。
Si 4 O H SF i F 2O H
2
4
2
• 若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢 氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。
Si F 2H H F[S]iF
4
2
6
• 总反应式为：
S i6 O H H [F S ] 2 iO F H
2
2
6
2
去除磷硅玻璃工艺
清 洗 液 配 制
装 片
开 机
投 片 清 洗
甩 干
清洗液配制
• 将各槽中破损硅片等杂质清除，用去离子 水将各槽壁冲洗干净。
• 1号槽中注入一半深度的去离子水，加入氢 氟酸，再注入去离子水至溢流口下边缘。
• 向后面的槽中注满去离子水。
装片
• 经等离子刻蚀过的硅片，检验合格后插入 承片盒。
• 注意，经过磷扩散处理的表面，刻蚀之后 硅片在插入承片盒时也严格规定了放置方 向。每盒25片，扣好压条，投入清洗设备。
➢ 控制方法
对于不同规格的硅片，应适当的调整辉光功 率和刻蚀时间使达到完全去除短路通道的效果。
在等离子体刻蚀工艺中，关键的工艺参数是射 频功率和刻蚀时间。 • 刻蚀不足：电池的并联电阻会下降。
• 射频功率过高：等离子体中离子的能量较高会对 硅片边缘造成较大的轰击损伤，导致边缘区域的 电性能变差从而使电池的性能下降。在结区（耗 尽层）造成的损伤会使得结区复合增加。
• 如果温度升高到10e4K甚至10e5K，分子间和原子 间的运动十分剧烈，彼此间已难以束缚，原子中 的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的 束缚，成为自由电子，原子失去电子变成带正电 的离子。这样，物质就变成了一团由电子和带正 电的的离子组成的混合物 。这种混合物叫等离子 体。它可以称为物质的第四态。
检验原理
• 热探针和N型半导体接触时，传导电子将流 向温度较低的区域，使得热探针处电子缺 少，因而其电势相对于同一材料上的室温 触点而言将是正的。
• 同样道理，P型半导体热探针触点相对于室 温触点而言将是负的。
• 此电势差可以用简单的微伏表测量。 • 热探针的结构可以是将小的热线圈绕在一
个探针的周围，也可以用小型的电烙铁。
去除磷硅玻璃
什么是磷硅玻璃？
• 在扩散过程中发生如下反应：
4 P C l3 5 O 2 2 P 2 O 5 6 C l2
• POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面， P2O5与Si反来自应生成SiO2和磷原子：
2 P O 5 S i5 Si 4 O P
25
2
• 这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称
等离子体刻蚀反应
• 首先，母体分子CF4在高能量的电子的碰撞作用下 分解成多种中性基团或离子。
C F e C,F C,F CF FC ,,以它 及们的离
4
3
2
• 其次，这些活性粒子由于扩散或者在电场作用下到 达SiO2表面，并在表面上发生化学反应。
• 生产过程中，CF4中掺入O2，这样有利于提高Si和 SiO2的刻蚀速率。
之为磷硅玻璃。
磷硅玻璃的去除
• 氢氟酸是无色透明的液体，具有较弱的酸 性、易挥发性和很强的腐蚀性。但氢氟酸 具有一个很重要的特性是它能够溶解二氧 化硅，因此不能装在玻璃瓶中。
• 在半导体生产清洗和腐蚀工艺中，主要就 利用氢氟酸的这一特性来去除硅片表面的 二氧化硅层。
• 氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸能与二氧化 硅作用生成易挥发的四氟化硅气体。