1 干法刻蚀和湿法刻蚀
1 干法刻蚀和湿法刻蚀
干法刻蚀是把硅片表面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应，从而去掉暴露的表面材料。
湿法腐蚀是以液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。
2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。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表面上。
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
不足：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：等离子体产生的反应元素与硅片表面的物质发生反应，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表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料。
6基本部件：发生刻蚀反应的反应腔，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。
7 ECR反应器在1-10毫托的工作压力下产生很密的等离子体，他在磁场环境中采用2.45GHz 微波激励源来产生高密度等离子体。ECR反应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。当电子的回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，硬的掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀2，刻至终点的主刻蚀，用来刻蚀大部分的多晶硅膜，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。
湿法刻蚀毕业论文
苏州市职业大学 毕业设计（论文）说明书 设计（论文）题目太阳能电池片湿刻蚀的应用系电子信息工程系专业班级08电气2 姓名李华宁 学号087301218 指导教师孙洪 年月日
太阳能电池片湿刻蚀的应用 摘要 湿刻就是湿法刻蚀，它是一种刻蚀方法，主要在较为平整的膜面上刻出绒面，从而增加光程，减少光的反射，刻蚀可用稀释的盐酸等。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。着重研究各种化学品的流量对电池片刻蚀深度的影响。首先查看各种资料，掌握本课题相关的知识:通过对氢氟酸，硝酸，盐酸，氢氧化钠等化学品流量，温度，湿度等对太阳能电池片的影响。通过技术软件分析，优化工艺参数，得到最优参数。 关键词：湿法刻蚀；腐蚀；流量；太阳能电池
Solar cell wet etching application Abstract Wet carved is wet etching, it is a kind of etching method, mainly in the relatively flat membrane surface, thereby increasing suede carving out process, reduce light light reflection, etching available dilute hydrochloric acid etc. Wet etching is will etching materials soaked in a mordant within the corrosion of technology. It is a kind of pure chemical etching, has excellent selectivity, etching the current film will cease, and won't damaged following a layer of film to other materials. Research on various chemicals to the flow the influence of battery piece etching depth. First check all kinds of material, grasps this topic relevant knowledge: by hydrofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sodium hydroxide etc chemicals flow, temperature, humidity and so on the influence of solar cell. Through technology software analysis, optimization of process parameters, obtain optimal parameters. Keyword:wet etching; Corrosion; Flow; Solar battery
利用湿法刻蚀的方式制备黑硅
2011年9月15日第34卷第18期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique Sep.2011V ol.34N o.18 利用湿法刻蚀的方式制备黑硅 张安元,吴志明,赵国栋,姜 晶,郭振宇 (电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室,四川成都 610054) 摘 要:采用一种简便的方法制备出具有很好光吸收性能的黑硅材料,利用化学气象沉积和光刻的方式在硅片(100)表面形成圆形Si 3N 4掩膜,然后采用两种湿法刻蚀相结合方式来制备黑硅材料。首先采用碱刻蚀的方式对硅片进行各向异性刻蚀,刻蚀完成后在硅片表面形成尖锥形貌;后期利用金纳米颗粒作为催化剂,采用酸刻蚀的方式对硅片表面进行改性,在硅片表面形成多孔结构。这种黑硅材料在250~1000nm 波段的光吸收率可以达到95%以上。 关键词:黑硅材料;湿法刻蚀;表面形貌;光吸收率 中图分类号:T N304-34 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)18-0133-04 Preparation of Black Silicon by Means of Wet Etching ZH A NG A n -y uan,WU Zh-i ming ,ZH A O G uo -do ng ,JIA N G Jing ,GU O Zhen -yu (St ate K e y L abo ratory of Elect ro nic T hin Fil m s and Integ rat ed Dev ices,School of Opt oelect ro nic Inf ormat i o n, Universi t y of Electronic Sci ence and T echnolo gy of China,Cheng du 610054,China) Abstract :A simple met ho d of preparing black silico n (BS)with hig h o ptical absor pt ivity is introduced.During t he prepa -r atio n,the chemical vapor deposition and photo litho gr aphy are emplo yed to fo rm a nitride mask on the surface of silicon (100),and then tw o kinds o f wet etching ar e used to prepare the black silico n mater ial.T he fir st step is that the anisot ropic etching on a silico n wafer is perfor med w ith the method of a lkali etching to for m the t ip mor pho log y on the silicon surface.Af -ter that,some go ld nanoparticles ar e taken as t he cataly st to mo dif y the sur face of the silico n by the method o f acid etching fo r for ming a po rous str ucture on the silico n sur face.T he optical absor ptivity o f the black silico n can reach 95%at t he wav elength of 250~1000nm. Keywords :black silico n mater ial;w et etching ;surface mor pho log y;optical absor ptivity 收稿日期:2011-04-29 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61021061);电子薄膜 与集成器件国家重点实验室开放资助基金(KFJJ200806) 0 引 言 黑硅(black silicon)[1]作为兴起的一种新型硅材料,以其在可见光与近红外波段有极高的光吸收率[2],使其对光线十分敏感,它的光敏感度可以达到传统硅材料的100~500倍。在正常情况下,一个光子只能产生一个电子,而在黑硅这种材料中,由于它具备光电导增益效果[3],可以由一个光子产生多个电子,从而使电流增大到200~300倍,使其在微光探测方面的性能较一般材料有着飞跃般的进步,并且黑硅的制造工艺可以较容易地嵌入到目前的半导体工艺中,使其在照相机、夜视仪等光电探测[4]方面有着广阔的应用前景。目前国际上其通用的制备方式主要有两种:飞秒激光器刻蚀和深反应离子刻蚀(DRIE)。其中,飞秒激光器刻蚀 [5] 是 SF 6环境下,利用飞秒激光器产生的超短脉冲激光对硅片表面进行辐照,其激光脉冲的高能在与硅片表面作用的同时,在表面附近积聚大量能量,能瞬间使背景气体 SF 6分解出游离的F -离子,并与表面汽化的Si 原子生成易挥发的SiF 2和SiF 4,使硅片表面不断被刻蚀,最终形成准规则排列的微米量级尖锥结构。这样改造后的硅表面具有极高的光吸收率,而反应离子刻蚀(RIE)[6]的原理是利用一定压强下的刻蚀气体在高频电场的作用下,通过气体辉光发电产生等离子体(其中包含了大量的分子游离基团),通过电场加速活性基团对被刻蚀物体进行离子轰击和化学反应,生成挥发性气体,反应产物在低压真空腔中被抽走来实现对材料的刻蚀,最终在硅片表面得到与飞秒激光器刻蚀相似的微结构,从而制备所说的黑硅。目前这两种方式都比较成熟,都能得到稳定的结果,但是这两种方式对反应条件要求苛刻,实验设备成本高昂,不利于大规模生产。 本文采用两种湿法刻蚀相结合的方法制备黑硅材料。先利用Si 3N 4充当掩膜层,用光刻的方式在硅片表面形成图案,然后通过KOH 溶液对其进行刻蚀,在硅
干法刻蚀工艺
干法刻蚀工艺 干法刻蚀工艺可分为物理性刻蚀与化学性刻蚀两种方式。物理性刻蚀是利用辉光放电将气体（如氩）电离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面而将被刻蚀物的原子击出，该过程完全是物理上的能量转移，故称为物理性刻蚀。其特色在于，具有非常好的方向性，可获得接近垂直的刻蚀轮廓。但是由于离子是全面均匀地溅射在芯片上，所以光刻胶和被刻蚀材料同时被刻蚀，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上。因此，在超大规模集成化制作工艺中，很少使用完全物理方式的干法刻蚀方法。 化学性刻蚀或称为等离子体刻蚀( PLASMA Etching，PE)，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。因这种反应完全利用化学反应，故称为化学性刻蚀。这种刻蚀方式与前面所讲的湿法刻蚀类似，只是反应物与产物的状态从液态改为气态，并以等离子体来加快反应速率。因此，化学性干法刻蚀具有与湿法刻蚀类似的优点与缺点，即具有较高的掩膜／底层的选择比及等向性。鉴于化学性刻蚀等向性的缺点，在半导体工艺中，只在刻蚀不需要图形转移的步骠（如光刻胶的去除）中应用纯化学刻蚀方法。 最为广泛使用的方法是结合物理性的离子轰击与化学反应的反应离子刻蚀( RIE)。这种方式兼具非等向性与高刻蚀选择比的双重优点。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。 当应用于法刻蚀时，主要应注意刻蚀速率、均匀度、选择比及刻蚀轮廓等因素。
太阳能电池湿法刻蚀工艺指导书
设计文件名称Edge Isolation & PSG Selective Emitter工 艺操作规程 T-IS-026 产品型号名称156×156多晶绒面电池共6页第1页1、工艺目的： 通过化学反应，将硅片上下表面的PN结刻断，以达到正面与背面绝缘的目的；另外经过化学反应，刻蚀掉未被蜡覆盖的硅片表面的一定深度，做选择性发射极；最后用BDG去除inkjet 工序中的喷涂的层蜡，用KOH药液去除硅片表面的多孔硅；同时用HF去除表面的磷硅玻璃层。 2、设备及工具： Edge Isolation & PSG Selective Emitter 、电子天平、PVC手套、口罩、防护服、防护眼罩、防护套袖、橡胶手套、防酸碱胶鞋、GP Solar电阻测试仪（边缘电阻）、浓度分析仪等。 3、适用范围 本工艺适用于Edge Isolation & PSG Selective Emitter。 4、职责 本工艺操作规程由工艺工程师负责调试、修改、解释。 5、材料： 合格的多晶硅片（INKJET后）、HF（49%,电子级，工作压力3-5bar， KOH（49%,电子级，工作压力3-5bar）、HNO 3 （65%，电子级，工作压力3-5bar），DI水（工作压力3-5bar）、压缩空气（工作压力6-7bar，除油，除水，除粉尘）， Butyldiglycol（2一（2一丁氧乙氧基）乙醇）（BDG）（100%，电子级，工作压力3-5bar）， 冷却水（入水：工作压力3-4bar，最大入水温度25°C，出水工作压力：最大2bar），新鲜空气（Fresh air用于旋转器腔室）（工作压力100Pa）， 乙二醇（制冷机）。 6、工艺描述： 6.1、工艺条件：环境温度：+ 22°C to + 24°C；环境湿度: 45 to 65 % RH at 24°C；
刻蚀工艺
硅片工艺程
集成电路工艺之
Materials
IC Fab Metallization CMP Dielectric deposition Test
Wafers
刻蚀
Thermal Processes Masks
Implant
Etch PR strip
Packaging
Photolithography Design
Final Test
刻蚀
1、基本介绍 2、湿法刻蚀 3、干法刻蚀 4、刻蚀工艺
刻蚀的定义
基于光刻技术的腐蚀：刻蚀 湿法称腐蚀？干法称刻蚀？ 将光刻胶上的IC设计图形转移到硅片 表面 腐蚀未被光刻胶覆盖的硅片表面，实 现最终的图形转移 化学的，物的或者两者的结合
栅极光刻对准
栅极光刻掩膜
光刻胶 多晶硅
STI P-Well
USG
栅极光刻曝光
Gate Mask
显影/后烘/检验
Photoresist Polysilicon STI P-Well USG STI
PR Polysilicon USG P-Well
多晶硅刻蚀（1）
Polysilicon
多晶硅刻蚀（2）
Gate Oxide Polysilicon
PR STI P-Well USG STI
PR USG P-Well
去除光刻胶
Gate Oxide Polysilicon
离子注入
Gate Oxide Dopant Ions, As Polysilicon
+
STI P-Well
USG
STI
n+ P-Well
n+
USG Source/Drain
湿法刻蚀硅片v型槽
用湿法刻蚀的方法在硅片上做连续V型槽 图l 硅片v型槽示意图 图中V型槽的两个斜面为(111)晶面，底面为(100)晶面。由晶体结构学原理可以知道，(111)晶面与(100)晶面的夹角为54．74°。在（100）硅片上，沿着（110）方向腐蚀时可以暴露出倾角为54.74°的（111）面，从而形成V型槽结构。由于硅片的腐蚀存在备向异性，硅(111)晶面的腐蚀速度远小于(100)面的。因此，只要选择适当的腐蚀温度和时间，就能得到如图1所示的硅片V型槽。将硅单晶体按（100）方向切成所需大小的硅片。通过氧化、光刻、腐蚀，即可制作出合格的硅片V型槽。 1氧化 硅片经抛光表面、清洗后，在1130℃下，先通湿氧氧化2.5 h，再通干氧氧化l h，在其表面就氧化出一层厚度大约为1μm、均匀致密的氧化层，该氧化层作为腐蚀硅的掩模层。 2光刻 采用双层掩模法，即在氧化硅表面蒸发上一层铬、金，厚度分别为50 nm、80 nm。因为铬、金腐蚀时间较短，光刻胶的抗腐蚀性已足够。这样，用光刻胶作掩模先腐蚀铬、金，再用铬、金作掩模腐蚀SiO2。SiO2腐蚀液配为HF：NH4F：H20=1：2：3，腐蚀时间约10 min。这种双层掩模光刻法腐蚀出的SiO2层图形边缘平整、无锯齿。最后去胶，将SiO2层残留的铬、金完全腐蚀掉。整个光刻过程如图2所示。 图2 湿法刻蚀流程示意图 3硅腐蚀
将已定域腐蚀SiO2层的硅片放入已配好的硅腐蚀液中，硅腐蚀液的配方为氢氧化钾：异丙醇：水=1：2：2。在78℃下腐蚀。由于硅的腐蚀存在各向异性，经一定的腐蚀时间，大约80 min 即可得到要求的V型槽。另外，为防止V型槽底部出现“小岛”，在腐蚀过程中，需要一定的搅拌。
太阳能电池-湿法刻蚀工艺指导书
蒈 Edge Isolation & PSG Selective Emitter 工艺操作规程 莁产品型号名称 賺156X 156多晶绒面电池 薆共6页 蒄第 腿设计文件名称 羅 T-IS-026
肂1、工艺目的: 节通过化学反应，将硅片上下表面的PN结刻断，以达到正面与背面绝缘的目的；另外经过 化学反应，刻蚀掉未被蜡覆盖的硅片表面的一定深度，做选择性发射极；最后用BDG去除inkjet工序中的喷涂的层蜡，用KOH药液去除硅片表面的多孔硅；同时用HF去除表面的磷硅玻璃层。 罿2、设备及工具： 肇Edge Isolation & PSG Selective Emitter 、电子天平、PVC手套、口罩、防护服、防护眼罩、防护套袖、橡胶手套、防酸碱胶鞋、GPSolar电阻测试仪（边缘电阻）、浓度分析仪等。 袂3、适用范围 聿本工艺适用于Edge Isolation & PSG Selective Emitter 。 肇4、职责 薇本工艺操作规程由工艺工程师负责调试、修改、解释。 薃5、材料： 肁合格的多晶硅片（INKJET后）、HF（49%电子级，工作压力3-5bar，
葿KOH（49%,电子级，工作压力3-5bar ）、HNO（65% 电子级，工作压力3-5bar），羆DI水（工作压力3-5bar ）、压缩空气（工作压力6-7bar，除油，除水，除粉尘） 莃Butyldiglycol （2 一（2 一丁氧乙氧基）乙醇）（BDG （100%，电子级，工作压力 3-5bar）， ），膂冷却水（入水：工作压力3-4bar，最大入水温度25°C,出水工作压力：最大2bar 薈新鲜空气（Fresh air用于旋转器腔室）（工作压力100Pa）， 莅乙二醇（制冷机）。 肃6、工艺描述： 羀6.1、工艺条件：环境温度：+ 22° C to + 24° C;环境湿度：45 to 65 %RHat 24° C;
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。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、S
金属辅助刻蚀制备黑硅形貌及光吸收率的研究
Modern Physics 现代物理, 2019, 9(1), 43-47 Published Online January 2019 in Hans. https://www.360docs.net/doc/7c7662157.html,/journal/mp https://https://www.360docs.net/doc/7c7662157.html,/10.12677/mp.2019.91006 Study on Morphology and Light Absorption Rate of Black Silicon Prepared by Metal Assisted Etching Xu Li College of Science, Changchun University of Science and Technology, Changchun Jilin Received: Dec. 16th, 2018; accepted: Jan. 1st, 2019; published: Jan. 8th, 2019 Abstract Systematic studies were conducted to determine the effect of silver particle concentration on the morphology of black silicon and their resulting light absorption characteristics when preparing black silicon by metal assisted chemical etching (MaCE). Silver particles were deposited by a mixed solution of 0.01 mol/L, 0.02 mol/L, and 0.03 mol/L of silver nitrate and hydrofluoric acid, respectively, and then etched using the same experimental parameters to prepare a black silicon structure of N-type silicon. The surface morphology of black silicon was tested by scanning elec-tron microscopy (SEM), and the light absorption of black silicon was measured using an integrat-ing sphere device. It can be observed from the results that when the concentration of the silver particles are deposited during the silver particles’ increases, the silver particles are aggregated phenomenon during the deposition process, so that the aperture of black silicon produced be-comes large, the light absorption rate in the visible and near infrared range improves. Keywords Metal Assisted Chemical Etching, Black Silicon, Light Absorption Rate 金属辅助刻蚀制备黑硅形貌及光吸收率的研究 李旭 长春理工大学理学院，吉林长春 收稿日期：2018年12月16日；录用日期：2019年1月1日；发布日期：2019年1月8日 摘要 进行系统研究以确定银粒子的浓度对金属辅助化学蚀刻(MaCE)制备黑硅时，对黑硅的形貌以及它们的所
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。 2、硅刻蚀工艺的要求
半导体设备硅刻蚀机概述
半导体设备硅刻蚀机概述 在众多半导体工艺中，刻蚀是决定特征尺寸的核心工艺技术之一。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀采用化学腐蚀进行，是传统的刻蚀工艺。它具有各向同性的缺点，即在刻蚀过程中不但有所需要的纵向刻蚀，也有不需要的横向刻蚀，因而精度差，线宽一般在3um以上。干法刻蚀是因大规模集成电路生产的需要而开发的精细加工技术，它具有各向异性特点，在最大限度上保证了纵向刻蚀，还可以控制横向刻蚀。本节介绍的硅刻蚀机就是属于干法ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蚀系统。它被广泛应用在微处理器（CPU）、存储（DRAM）和各种逻辑电路的制造中。 典型的硅刻蚀机系统结构如下图2-1所示。整个系统分为传输模块（Transfer Module）、工艺模块（Process Module）等。 图2-1 典型的硅刻蚀机系统结构 传输模块由Loadport、机械手（Robot）、硅片中心检测器等主要
部件组成，其功能是完成硅片从硅片盒到PM的传输。Loadport用于装载硅片盒，机械手负责硅片的传入和传出。在传送过程中，中心检测器会自动检测硅片中心在机械手上的位置，进而补偿机械手伸展和旋转的步数以保证硅片被放置在PM静电卡盘的中心。 工艺模块（PM，如图2-2所示）是整个系统的核心，刻蚀工艺就在PM中完成。一个机台可以带2－4个工艺模块，工艺模块包括反应腔室、真空及压力控制系统、射频（RF）系统、静电卡盘和硅片温度控制系统、气体流量控制系统以及刻蚀终点检测系统等。其反应原理概述如下： 刻蚀气体（主要是F基和Cl基的气体）通过气体流量控制系统通入反应腔室，在高频电场（频率通常为13.56MHZ）作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成“等离子体”（Plasma）。在等离子体中，包含由正离子（Ion＋）、负离子（Ion－）、游离基（Radical）和自由电子（e）。游离基在化学上很活波、它与被刻蚀的材料发生化学反应，生成能够由气流带走的挥发性化合物，从而实现化学刻蚀。另一方面，如图2-2所示，反应离子刻蚀腔室采用了阴极面积小，阳极面积大的不对称设计。在射频电源所产生的电场作用下带负电的自由电子因质量小，运动速度快，很快到达阴极；而正离子则由于质量大，速度慢不能在相同的时间内到达阴极，从而使阴极附近形成了带负电的鞘层电压。同时由于反应腔室的工作气压在10－3～10－2Torr，这样正离子在阴极附近得到非常有效的加速，垂直轰击放置于阴极表面的硅片，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应以及反应生产物
1 干法刻蚀和湿法刻蚀
1 干法刻蚀和湿法刻蚀 干法刻蚀是把硅片表面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应，从而去掉暴露的表面材料。 湿法腐蚀是以液体化学试剂以化学方式去除硅片表面的材料。 2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。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表面上。 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 不足：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：等离子体产生的反应元素与硅片表面的物质发生反应，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表面加速，这些离子通过溅射刻蚀作用去除未被保护的硅片表面材料。 6基本部件：发生刻蚀反应的反应腔，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。 7 ECR反应器在1-10毫托的工作压力下产生很密的等离子体，他在磁场环境中采用2.45GHz 微波激励源来产生高密度等离子体。ECR反应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。当电子的回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，硬的掩蔽层和表面污染物来获得均匀的刻蚀2，刻至终点的主刻蚀，用来刻蚀大部分的多晶硅膜，并不损伤栅氧化层和获得理想的各向异性的侧壁剖面。
试验采用湿法刻蚀技术制作硅微V型槽-电子科技大学
微机电系统课程实验之三 采用湿法刻蚀技术制作微V型槽《微机电系统》课程组编写 电子科技机械电子工程学院 2005年5月
实验名称：采用湿法刻蚀技术制作硅微V 形槽 一、 实验目的 1、理解硅湿法刻蚀加工原理；掌握硅晶体晶向对湿法刻蚀过程、最终形成 结构形状的影响规律； 2、理解微加工工艺流程；通过运用硅湿法刻蚀加工装置、完成其腐蚀实验 过程，培养对微加工过程的具体感性认识； 3、学习微结构测试、分析的相关知识。 二、 实验任务 选择适当硅片，在其上表面上刻蚀平行V 型槽阵列，用于某MEMS 组装结构。周期350微米，槽宽205微米。槽数量3~5个。 三、 实验原理 1、 硅湿法刻蚀加工原理 硅是各向异性材料，因此对硅的不同晶面将有不同的腐蚀速率，基于这种腐蚀特性，可以在硅衬底上加工出各种不同的微细结构，例如我们将要加工的V 型槽。腐蚀剂可分为两类：一类是有机腐蚀剂，例如EPW （乙二胺，邻苯二酸和水按一定比例配成）、联胺；另一类是无机腐蚀剂，例如KOH 、NaOH 、LiOH 、CsOH 、NH 4OH 等等。由于有机腐蚀剂排放的气体有毒，所以我们将考虑采用氢氧化钾溶液作为腐蚀剂。其腐蚀的反应式为： ↑+=++232222H SiO K KOH O H Si （2-1） 在有乙丙醇（（CH 3）2CHOH ，缩写为IPA ）参与的情况下，其反应式为： +-+++=+H OH K O H KOH 22 （2-2） 2 6 2)(42--=++OH Si O H OH Si （2-3） 即首先将硅氧化成含水的硅化物。 O H H OC Si CHOH CH OH Si 22673232 66])([)(6)(+=+-- （2-4） 由上述反应式可知，KOH 首先将Si 氧化成含水的硅化合物，然后与IPA 反应，形成可溶解的硅络合物，这种络合物不断离开硅的表面。 2、 湿法刻蚀加工中的各向异性与V 型槽的形成
(工艺技术)电介质刻蚀面临材料和工艺的选择
电介质刻蚀面临材料和工艺的选择 半导体加工中，在晶片表面形成光刻胶图形，然后通过刻蚀在衬底或者衬底上面的薄膜层中选择性地除去相关材料就可以将电路图形转移到光刻胶下面的材料层上。这一工艺过程要求非常精确。但是，各种因素例如不断缩小的线宽、材料毒性以及不断变大的晶片尺寸等都会使实际过程困难得多。 Applied Materials公司电介质刻蚀部总经理Brian Shieh说：“前段（FEOL）和后段（BEOL）电介质刻蚀的要求各不相同，因此要求反应器基本功能具有很大的弹性，对于不同的要求都能够表现出很好的性能。” Dow Chemical公司新技术部总监Michael Mills说：“从目前和近期的发展来看，电介质刻蚀设备还不会出现很大问题。” “目前的研究重点是双嵌入式工艺、低k材料和高纵宽比接触孔的刻蚀。"Hitachi High Technologies America公司高级工艺经理Jason Ghormley说：“氧化硅刻蚀要求能够精确控制各向异性刻蚀过程，尽量减少侧壁钝化层，同时保证整体结构比较完美。这是氧化硅刻蚀的
一个普遍问题，因为其工艺控制与化学反应相关。对于氧化硅刻蚀来说，在反应器中使用含硅材料是非常有用的，因为它能控制氟原子和含碳自由基的比例，有助于在垂直方向的刻蚀反应和控制侧壁钝化层之间取得平衡。” 后段和前段面临的问题 Shieh认为双嵌入式工艺是很复杂的应用，因为它涉及到各种各样的材料以及相应的整合问题，例如光刻胶或BARC对微通孔（via）的部分或全部填充、多层掩膜版的使用、硬掩膜层或金属掩膜层的使用等。他说：“我们需要的是一整套解决方案，不管用户的要求是什么，它都能很好地达到要求。方法之一是使刻蚀具有很宽的工艺窗口，能够提供经过优化的最佳工艺条件和很好的工艺控制能力，满足下一代材料和技术的要求。这些新功能可以同时解决前段（FEOL）和后段（BEOL）面临的各种问题。当然，对于FEOL和BEOL来说，也许还需要做一些很小的调整，但是其基本功能应该是一样的。” 前段（FEOL）的主要问题是刻蚀结构变得越来越小，纵宽比变得越来越大，因此重点是如何确保正确的选择比以及如何控制刻蚀后的结构和顶部/底部CD，“从硬件角度来看，为了缩短等离子体存活时间，必须提高气体流量和降低气体压力。此外，控制离子密度和能量分布也是非常重要的。”Shieh说，“从工艺角度来看，必须合理控
金属的湿法刻蚀工艺配方
Etching Metal Films Electronics/MEMS materials etching sheet (pdf) Wet Chemical Etching (all ratios are by volume unless noted otherwise) Ag Al, Au Cr, Cu, Ni, Sb Ti Aluminum "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) 8.7 angstrom/sec@RT "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O)<4min/micron@40C "Al fine line etch 1" (4:1:4:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) 30min/micron "Al fine line etch 2" (1:2 HCl:H2O) "Al fast etch" (17:1:3 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2) ~5 min/micron Antimony "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) <<3min/1000A@50C Chromium "Cyantek CR-7s" (Perchloric based) 7 min/micron (24A/s new) "Cr acid etch" (1:1 HCl:glycerine) 12min/micron after depassivation "Cr base etch" (1:3 [50gNaOH+100mlH2O]:[30g K3Fe(CN)6+100mlH2O]) 1hr/micron Gold "Aqua Regia" (3:1 HCl:HNO3) ~1.5 seconds/micron "Au mask etch" (10g KI, 2.5g I2, 100ml H2O) 1min/micron Copper 150g Sodium persulfate:1000ml H2O ~20s/micron @ 45C Use only as a last step outside of the microengineering lab. When free of Fe, this solution is selective for Cu against Ni (added iron salts will cause Ni corrosion) Nickel "metal etch" (3:3:1:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) ~15min/micron@RT with air exposure every 15 seconds Silver "dilute metal etch" (3:3:23:1 H3PO4:HNO3:CH3COOH:H2O) ~10min/100A
半导体工艺干法刻蚀铝刻蚀
干法刻蚀之铝刻蚀 在集成电路的制造过程中，刻蚀就是利用化学或物理方法有选择性地从硅片表面去除不需要的材料的过程。从工艺上区分，刻蚀可以分为湿法刻蚀和干法刻蚀。前者的主要特点是各向同性刻蚀；后者是利用等离子体来进行各向异性刻蚀，可以严格控制纵向和横向刻蚀。 干法的各向异性刻蚀，可以用表面损伤和侧壁钝化两种机制来解释。表面损伤机制是指，与硅片平行的待刻蚀物质的图形底部，表面的原子键被破坏，扩散至此的自由基很容易与其发生反应，使得这个方向的刻蚀得以持续进行。与硅片垂直的图形侧壁则因为表面原子键完整，从而形态得到保护。侧壁钝化机制是指，刻蚀反应产生的非挥发性的副产物，光刻胶刻蚀产生的聚合物，以及侧壁表面的氧化物或氮化物会在待刻蚀物质表面形成钝化层。图形底部受到离子的轰击，钝化层会被击穿，露出里面的待刻蚀物质继续反应，而图形侧壁钝化层受到较少的离子轰击，阻止了这个方向刻蚀的进一步进行。 在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。金属刻蚀又可以分为金属铝刻蚀、金属钨刻蚀和氮化钛刻蚀等。目前，金属铝作为连线材料，仍然广泛用于DRAM和flash等存储器，以及0.13um 以上的逻辑产品中。本文着重介绍金属铝的刻蚀工艺。
金属铝刻蚀通常用到以下气体：Cl2、BCl3、Ar、 N2、CHF3和C2H4等。Cl2作为主要的刻蚀气体，与铝发生化学反应，生成的可挥发的副产物AlCl3被气流带出反应腔。BCl3一方面提供BCl3＋，垂直轰击硅片表面，达到各向异性的刻蚀。另一方面，由于铝表面极易氧化成氧化铝，这层自生氧化铝在刻蚀的初期阻隔了Cl2和铝的接触，阻碍了刻蚀的进一步进行。添加BCl3 则利于将这层氧化层还原（如方程式1），促进刻蚀过程的继续进行。 Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl （1） Ar电离生成Ar＋，主要是对硅片表面提供物理性的垂直轰击。 N2、CHF3和C2H4是主要的钝化气体，N2与金属侧壁氮化产生的AlxNy，CHF3和C2H4与光刻胶反应生成的聚合物会沉积在金属侧壁，形成阻止进一步反应的钝化层。 一般来说，反应腔的工艺压力控制在6-14毫托。压力越高，在反应腔中的Cl2浓度越高，刻蚀速率越快。压力越低，分子和离子的碰撞越少，平均自由程增加，离子轰击图形底部的能力增强，这样刻蚀反应速率不会降低甚至于停止于图形的底部。 目前金属刻蚀机台广泛采用双射频功率源设计，如应用材料公司DPS（decouple plasma source）金属刻蚀机台。偏置功率用来加速正离子，提供垂直的物理轰击，源功率