Etching(刻蚀)
plate electrodes with overlapped “fingers”:
● DRIE process may produce deep trenches with θ ≈ 0 (i.e., near perfect vertical walls).
There are two types of etching techniques: ● Wet etching （湿法刻蚀)involving the use of strong chemical solvents （化学溶剂） . ● Dry etching（干法刻蚀） using high energy plasmas（高能电浆）.
● Plasma etching.（等离子刻蚀）
● Reactive ion etching. Deep reactive ion etching (DRIE)（深反应离子刻蚀）
Dry etching
The principal plasma etching.
1、how to generate plasma 2、the process of plasma etching
What is etching?
Wet etching
Wet etching involves the use of chemical solvents (called etchants)
Wet etching
Wet etching
Pure silicon crystals are not isotropic in their properties due to asymmetrical （非对称的） distribution of atoms at their interior. So,when etching material is pure silicon ,the etching is anisotropic(各向异性的) .
Etching(刻蚀) ------A microsystems fabrication process
Speaker:
What is etching?
Etching is an important fabrication
technique in fabricating ICs and MEMS.
Dry etching
Working principle: ● The DRIE process provides thin films of a few micrometer protective coatings of special polymer on the sidewalls during the etching process. ● It involves the use of a high-density plasma source. ● The process allows alternating process of plasma (ion) etching of the substrate material and the deposition of etching- protective material on the sidewalls. ● Special polymers are frequently used for side-wall protective films.
Wet etching
Anisotropic etching is easier to control of the etched shape of the substrates.
Disadvantages: ● Slower in rate of etching (< 1 μm/m) ● The rate is temperature-sensitive. ● Best performance at elevated temperature by using temperature-resistive mask materials.
Etching is used to create 3-dimensional microstructures in substrates by removing materials from desirable locations– The technique is similar to that used by sculptors(雕刻家) in shaping sculptures.
Dry etching
Deep Reactive Ion Etching (DRIE)
Why DRIE?
● Plasma etching can produce deeper trenches, than wet etching, but with tapered angles.
● Tapered trenches are not desirable in many
Wet vs. dry etching
2014.09.23THANK YOUWet etching
Wet etchants methods for silicon and silicon compounds
HNA for isotropic etching at room temperature. Alkaline（碱性） chemicals with ph > 12 for anisotropic etching. Popular anisotropic etchants are: KOH ( potassium hydroxide) EDP (ethylene-diamine and pyrocatecol) (乙(撑)二胺+焦 酚, 连苯三酚, 苯三酚-[1,2,3]) TMAH (tetramethyl ammonium hydroxide)(]四甲基的铵氢氧化物) Hydrazine Typical etching rates for KOH and EDP are:
Wet etching
Dry etching
Dry etching involves the removal of substrate materials by gaseous etchants.
It is more a physical than chemical process.
3 dry etching techniques ● Ion etching.（离子刻蚀）
ETCH 蚀刻
ETCH 蚀刻在集成电路的制程中，常需要将整个电路图案定义出来，其制造程序通常是先长出或盖上一层所需要之薄膜，再利用微影技术在这层薄膜上，以光阻定义出所欲制造之电路图案，再利用化学或物理方式将不需要之部分去除，此种去除步骤便称为蚀刻（ETCH）一般蚀刻可分为湿性蚀刻（WET ETCH）及干性蚀刻（DRY ETCH）两种。
所谓干性蚀刻乃是利用化学品（通常是盐酸）与所欲蚀刻之薄膜起化学反应，产生气体或可溶性生成物，达到图案定义之目的。
而所谓干蚀刻，则是利用干蚀刻机台产生电浆，将所欲蚀刻之薄膜反映产生气体由PUMP抽走，达到图案定义之目的。
ISOTROPIC ETCHING 等向性蚀刻在蚀刻反应中，除了纵向反应发生外，横向反应亦同时发生，此总蚀刻即称之为等向性蚀刻。
一般化学湿蚀刻多发生此种现象。
干式蚀刻，其实刻后的横截面具有异向性蚀刻特性（Anisotropic），即可得到较陡的图形。
PLASMA ETCHING 电浆蚀刻1.定义：在干蚀刻技术中，一班多采用电浆蚀刻与活性离子蚀刻，通常电浆蚀刻使用较高之压力（大于200mT）及较小之RF功率，当芯片浸在电浆之中，暴露在电将之表面层原子或分子与电浆中之活性原子接触并发生反应形成气态生成物而离开晶面造成蚀刻，此类蚀刻即称之为电浆蚀刻。
所谓电浆极为气体分子在一电场中被游离成离子（正、负电荷）、电子及中性基（Radical）等，在纯化学反应中，吾人取中性基为蚀刻因子，在R.I.E时，取活性离子作为中性因子。
REACTIVE ION ETCHING（R.I.E.）活性离子蚀刻1. 定义：在电浆蚀刻时，电浆里包含了活性原子、活性离子（正离子）及电子，当压力较低（小于100mT）且气体两端所加之电压够高时，活性离子即被迅速加速冲向电极上之芯片，而撞击晶面上暴露在电浆中的表层，将表层之原子击出，再与活性原子反应因而造成蚀刻，此类之蚀刻即称之为活性离子蚀刻。
目前我们已有的R.I.E蚀刻机台为8110、8130、8330等。
o2等离子刻蚀 功率
氧等离子体刻蚀（O2 Plasma Etching）是一种干法刻蚀技术，常用于半导体制造、微机电系统（MEMS）等领域。
其主要原理是利用等离子体中的活性物种与被刻蚀材料之间的化学反应，实现对材料的去除。
在 O2 等离子体刻蚀过程中，氧气分子被离解成高活性的氧原子和氧离子，它们与被刻蚀材料的表面发生化学反应，生成挥发性的产物，从而实现刻蚀的目的。
O2 等离子体刻蚀的优点包括刻蚀速率高、选择性好、对衬底损伤小等。
O2 等离子体刻蚀的功率通常是根据具体的刻蚀要求和设备特性来确定的。
一般来说，刻蚀功率越高，刻蚀速率越快，但同时也会增加对衬底的损伤和等离子体不稳定性的风险。
因此，在选择刻蚀功率时需要综合考虑刻蚀速率、选择性、刻蚀均匀性和设备的能力等因素。
在实际应用中，O2 等离子体刻蚀的功率范围通常在几十瓦到几百瓦之间，具体数值取决于被刻蚀材料的种类、刻蚀深度、刻蚀面积以及设备的特性等因素。
此外，刻蚀功率还可以通过调整气体流量、压强和射频功率等参数来进行优化。
需要注意的是，O2 等离子体刻蚀过程中会产生一些副产物，如臭氧和一氧化碳等，这些副产物可能对刻蚀效果和设备造成影响。
因此，在进行 O2 等离子体刻蚀时，需要对副产物进行适当的控制和处理。
总之，O2 等离子体刻蚀的功率是根据具体的刻蚀要求和设备特性来确定的，需要综合考虑刻蚀速率、选择性、刻蚀均匀性和设备的能力等因素。
在实际应用中，需要对刻蚀参数进行优化，以获得最佳的刻蚀效果。
ETCHING技术
蚀刻(Etching)概念简介一. 前言:集成电路(IC)的制造流程,犹如一场精致细密的建筑结构施工,建筑师(Designer & Device Owner)将设计蓝图(LayOut)和施工流程(Process Flow)设计出来,经过工程部门(模块Module)制定施工法则(Setup Process)后,交由施工单位(制造部MFG)来执行建筑工事.空白的硅晶圆就像一块平整的大工地,经过不断的整地(平坦化;离子植入),灌浆混沙填土上钢架(薄膜沉积),再经过砌墙挖坑打洞筑沟(显影&蚀刻)等重复的制程(Process),一层一层堆栈而上,制作成拥有复杂结构和完善功能的集成电路.“晶圆”这块”工地”有多大呢? 这个超现代”工地”的大小尺吋演进,正代表着人类科技突飞猛进的新里程碑.从三吋晶圆到目前的十二吋晶圆,可用面积增加了16倍,在一个process cycle 后,晶粒产出量也提升了数十倍.基本上,一套Process flow约需经过数百个不同步骤(step),耗时一,二个月才得以完成.而模块(Module)工程师的任务就是负责开发(Setup),维护(Maintain)和改良(Improve)各个步骤.而蚀刻模块在这项工事中占有不可或缺的重要角色.本章将针对蚀刻制程作一简略介绍.二. 蚀刻技术概论:集成电路的制造需要在晶圆上做出极细微尺寸的图案(Pattern).而这些图案最主要的形成方式,乃是使用蚀刻(Etching)技术,将微影(Lithography)技术所产生的光阻图形,无论是线(Line),面(EtchBack)或是孔洞(Hole),以化学腐蚀反应(Chemical)的方式，或物理撞击(Physical)的方式，或上述两种方式的综合，忠实无误的移转到薄膜上,以定义出整个集成电路所需的复杂结构.下图是最基本的集成电路制作流程(Process Flow):a. 薄膜沉积(Film Deposition)b. 蚀刻制程(Etching)& 微影制程(Photo Lithography)2-1. 湿蚀刻(Wet Etching)与干蚀刻(Dry Etching):蚀刻方式主要分成湿蚀刻(Wet Etching)与干蚀刻(Dry Etching)两种方式.早期半导体制程是使用湿蚀刻的方法,也就是利用合适的化学溶液,腐蚀所要蚀刻的材质未被光阻覆盖的部分,并在完成蚀刻反应后,由溶液带走腐蚀物。
刻蚀流程原理
刻蚀流程原理Etching is a crucial process in the fabrication of semiconductors and other microelectronics devices. It involves the selective removal of materials from a substrate to create desired patterns or structures. The fundamental principle behind the etching process lies in the interaction between the etching agent and the material to be etched.蚀刻是半导体和其他微电子器件制造过程中的关键环节。
它涉及从基板上选择性地去除材料，以创建所需的图案或结构。
蚀刻流程的基本原理在于蚀刻剂与被蚀刻材料之间的相互作用。
During the etching process, the substrate is exposed to an etching agent, which can be a gas, liquid, or plasma. This agent reacts with the material to be etched, causing its removal. The reaction rate and selectivity of the etching process are determined by the chemistry of the etching agent and the properties of the material being etched.在蚀刻过程中，基板暴露于蚀刻剂中，这种蚀刻剂可以是气体、液体或等离子体。
蚀刻剂与被蚀刻材料发生反应，导致其被去除。
芯片常用英文单词对照表
芯片常用英文单词对照表芯片（Chip）：指电子设备中用于存储和处理数据的微型电子元件。
半导体（Semiconductor）：指介于导体和绝缘体之间的材料，用于制造芯片。
集成电路（Integrated Circuit）：指由多个电子元件组成的微型电路，通常用于芯片中。
硅（Silicon）：指一种化学元素，常用于制造芯片。
晶圆（Wafer）：指制造芯片所用的圆形硅片。
蚀刻（Etching）：指在晶圆上制作微细电路的一种工艺。
光刻（Photolithography）：指在晶圆上制作微细电路的一种工艺，使用光刻机将电路图案转移到晶圆上。
掺杂（Doping）：指在半导体材料中添加杂质，以改变其电导性质。
氧化（Oxidation）：指在半导体材料表面形成一层氧化物的过程。
电镀（Electroplating）：指在芯片表面镀上一层金属的过程。
封装（Packaging）：指将芯片封装在保护壳中，以便于使用和安装。
引脚（Pin）：指芯片上的金属接点，用于与外部电路连接。
基板（Substrate）：指芯片上的底层材料，通常为硅片。
金属层（Metal Layer）：指芯片上的金属导线层，用于连接各个电子元件。
绝缘层（Insulation Layer）：指芯片上的绝缘材料层，用于隔离不同电子元件。
电源（Power Supply）：指为芯片提供电能的电源。
地线（Ground）：指芯片上的接地线，用于连接到电路的公共接地端。
时钟（Clock）：指芯片上的时钟信号，用于控制芯片内部各个电子元件的运行。
寄存器（Register）：指芯片上的存储单元，用于存储数据。
缓存（Cache）：指芯片上的高速存储器，用于存储经常使用的数据。
控制器（Controller）：指芯片上的控制单元，用于控制芯片内部各个电子元件的运行。
接口（Interface）：指芯片上的接口电路，用于与其他设备进行通信。
操作系统（Operating System）：指用于管理计算机硬件和软件资源的系统软件，通常运行在芯片上。
刻蚀垂直度-概述说明以及解释
刻蚀垂直度-概述说明以及解释1.引言1.1 概述刻蚀垂直度是指在半导体制造工艺中，通过刻蚀（etching）过程中所形成的表面的垂直度。
在半导体器件制造过程中，刻蚀垂直度的控制对于保证器件的性能和稳定性至关重要。
本文将从刻蚀垂直度的定义、影响因素以及提高方法等方面对该问题进行深入探讨，旨在为相关从业人员提供更深入的了解和应用指导。
json"1.2 文章结构": {"本文将分为引言、正文和结论三部分。
在引言部分，将对刻蚀垂直度进行概述，并介绍文章结构和目的。
正文部分将分为刻蚀垂直度的定义、影响因素以及提高方法三个章节，详细探讨刻蚀垂直度的相关内容。
在结论部分，将对全文进行总结，探讨文章的意义并展望未来可能的研究方向。
"}1.3 目的本文的目的是探讨刻蚀垂直度在微纳加工中的重要性和影响因素。
通过深入分析刻蚀垂直度的定义、影响因素以及提高方法，旨在帮助读者了解如何有效提高刻蚀垂直度，优化加工过程，提高加工质量。
同时，通过本文的研究，可以为微纳加工领域的相关研究和实践提供一定的参考和指导，促进微纳加工技术的发展和应用。
2.正文2.1 刻蚀垂直度的定义刻蚀垂直度是指在微纳加工过程中，用于刻蚀微观结构的表面在垂直方向上的偏差程度。
在微纳加工过程中，垂直度的控制是非常重要的，因为它直接影响到加工结构的精度和稳定性。
如果刻蚀过程中垂直度不佳，可能会导致加工出的结构倾斜或错位，影响器件的功能和性能。
刻蚀垂直度的定义包括两个方面：一是刻蚀表面的平面度，即刻蚀表面与参考平面之间的偏差程度；二是刻蚀结构的竖直度，即刻蚀结构与垂直方向之间的夹角偏差。
通常情况下，刻蚀垂直度的要求越高，制备难度就越大，需要更加精密的加工设备和工艺控制。
在实际应用中，刻蚀垂直度的定义还可以根据具体的加工要求进行调整和补充。
通过合理定义和控制刻蚀垂直度，可以保证加工出的微纳结构具有良好的形貌和性能，满足不同应用领域的需求。
ETCHING技术
ETCHING技术蚀刻(Etching)概念简介一. 前言:集成电路(IC)的制造流程,犹如一场精致细密的建筑结构施工,建筑师(Designer & Device Owner)将设计蓝图(LayOut)和施工流程(Process Flow)设计出来,经过工程部门(模块Module)制定施工法则(Setup Process)后,交由施工单位(制造部MFG)来执行建筑工事.空白的硅晶圆就像一块平整的大工地,经过不断的整地(平坦化;离子植入),灌浆混沙填土上钢架(薄膜沉积),再经过砌墙挖坑打洞筑沟(显影&蚀刻)等重复的制程(Process),一层一层堆栈而上,制作成拥有复杂结构和完善功能的集成电路.“晶圆”这块”工地”有多大呢? 这个超现代”工地”的大小尺吋演进,正代表着人类科技突飞猛进的新里程碑.从三吋晶圆到目前的十二吋晶圆,可用面积增加了16倍,在一个process cycle 后,晶粒产出量也提升了数十倍.基本上,一套Process flow约需经过数百个不同步骤(step),耗时一,二个月才得以完成.而模块(Module)工程师的任务就是负责开发(Setup),维护(Maintain)和改良(Improve)各个步骤.而蚀刻模块在这项工事中占有不可或缺的重要角色.本章将针对蚀刻制程作一简略介绍.二. 蚀刻技术概论:集成电路的制造需要在晶圆上做出极细微尺寸的图案(Pattern).而这些图案最主要的形成方式,乃是使用蚀刻(Etching)技术,将微影(Lithography)技术所产生的光阻图形,无论是线(Line),面(EtchBack)或是孔洞(Hole),以化学腐蚀反应(Chemical)的方式，或物理撞击(Physical)的方式，或上述两种方式的综合，忠实无误的移转到薄膜上,以定义出整个集成电路所需的复杂结构.下图是最基本的集成电路制作流程(Process Flow):a. 薄膜沉积(Film Deposition)b. 蚀刻制程(Etching)& 微影制程(Photo Lithography)2-1. 湿蚀刻(Wet Etching)与干蚀刻(Dry Etching):蚀刻方式主要分成湿蚀刻(Wet Etching)与干蚀刻(Dry Etching)两种方式.早期半导体制程是使用湿蚀刻的方法,也就是利用合适的化学溶液,腐蚀所要蚀刻的材质未被光阻覆盖的部分,并在完成蚀刻反应后,由溶液带走腐蚀物。
etching原理
Etching原理概述Etching（蚀刻）是一种通过化学反应去除材料表面的方法，通常用于制造微电子器件、集成电路和光学元件等领域。
本文将详细介绍Etching的原理及其在实际应用中的一些关键技术。
什么是EtchingEtching是指通过一系列化学反应将材料表面的一部分或全部物质去除的过程。
这一过程主要依靠一种叫作蚀刻剂的化学溶液或者气体对材料进行腐蚀，从而使材料发生化学变化并且减少其厚度或形状上的一些特征。
Etching广泛应用于半导体工艺、微加工以及一些高精度制造领域。
它可以精确控制材料的尺寸、形状和表面特性，为后续的工艺步骤提供了关键的基础。
Etching的原理Etching的原理主要涉及材料与蚀刻剂之间的化学反应。
常见的Etching方法有湿法Etching和干法Etching两种。
湿法Etching原理湿法Etching利用液体蚀刻剂与材料表面发生化学反应，实现材料的去除。
一般情况下，液体蚀刻剂由溶剂和蚀刻剂组成。
溶剂主要是一种能够稳定蚀刻剂的液体，而蚀刻剂则是导致材料发生化学反应的物质。
蚀刻剂可分为酸性和碱性两种类型，选择合适的蚀刻剂取决于需要蚀刻的材料以及所期望的蚀刻速率和精度。
湿法Etching的过程可以通过以下步骤概括： 1. 材料表面与液体蚀刻剂接触，形成蚀刻剂的保护层。
2. 蚀刻剂与材料表面发生反应，导致材料发生溶解或与蚀刻剂发生化学反应。
3. 被蚀刻的物质溶解或从材料表面去除。
4. 溶液中新的蚀刻剂取代被腐蚀的物质，继续进行蚀刻。
干法Etching原理干法Etching在低压、高温或者简单的干燥条件下使用气体蚀刻剂进行材料去除。
干法Etching的过程可以分为以下几个步骤： 1. 气体蚀刻剂通过化学反应生成反应物。
2. 反应物在材料表面发生吸附和反应。
3. 受到化学反应的影响，材料表面产生新的化学物种。
4. 这些化学物种通过反应或扩散离开材料表面，并被辅助气体带走。
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。
Etching IBE RIE 原理及设备
9
2
IBE刻蚀原理及设备
离子源构成及工作原理
10
2
IBE刻蚀原理及设备
IBE刻蚀特点
方向性好，各向异性，无钻蚀，陡直度高 分辨率高，可小于0.01μm 不受刻蚀材料限制（金属or化合物，无机物or有机物，绝缘体or半导体均可） 刻蚀过程中可改变离子束入射角θ来控制图形轮廓
离子束刻蚀速率影响因素
A.被刻蚀材料种类 B.离子能量 C .离子束流密度 D.离子束入射角度 11
适用于150mm单片晶片上的SiO2和Si3N4的刻蚀； 刻蚀温度能控制在20－35度之间
主机
射频源
显示器
19
3
RIE刻蚀原理及设备
1
2
SiO2刻蚀 光刻胶掩膜 Profirle 85-90° 刻蚀均匀性 <+/-5% 典型刻蚀速率： PSG 6000Å/min 热氧化SiO2 4000 Å/min 选择比： SiO2: PR >5:1 SiO2: silicon/polysilicon >=10:1
22
4
ICP刻蚀原理及设备
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（ 离子密度大，离子能量也大） 离子能量低，刻蚀速率低 低压下刻蚀速率低 DC Bias高损伤大
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（形貌控制） 低压下由于高离子流量从而维持高 刻蚀速率 低DC bias损伤小
ICP操作注意事项
• 小片刻蚀时需要在片子背面涂真空油脂，放片、取片过程中应尽 量避免油脂玷污片子图形表面，可用异丙醇擦除 ICP Service模式权限很大，为避免误操作，仅限关闭真空装置时 操作 在手动模式下进行托盘定位时，一定要注意门阀的开启状态及卡 盘的升起与否，以免造成机械手、阀门、卡盘损坏 射频源功率不宜设置过高,ICP小于2000W,RF小于500W