经过前面的一系列工艺已将光刻掩膜版的图形转移到光刻胶上。为了制作元器件,需将光刻胶上的图形进一步转移到光刻胶下层的材料上。这个任务就由刻蚀来完成。刻蚀就是将涂胶前所淀积的薄膜中没有被光刻胶(经过曝光和显影后)覆盖和保护的那部分去除掉,达到将光刻胶上的图形转移到其下层材料上的目的。光刻胶的下层薄膜可能是二氧化硅、氮化硅、多晶硅或者金属材料。材料不同或图形不同,刻蚀的要求不同。实际上,光刻和刻蚀是两个不同的加工工艺,但因为这两个工艺只有连续进行,才能完成真正意义上的图形转移,而且在工艺线上,这两个工艺经常是放在同一工序中,因此有时也将这两个步骤统称为光刻。刻蚀技术主要应用于半导体器件,集成电路制造,薄膜电路,印刷电路和其他微细图形的加工等。贵州MEMS材料刻蚀平台
刻蚀工艺:把未被抗蚀剂掩蔽的薄膜层除去,从而在薄膜上得到与抗蚀剂膜上完全相同图形的工艺。在集成电路制造过程中,经过掩模套准、曝光和显影,在抗蚀剂膜上复印出所需的图形,或者用电子束直接描绘在抗蚀剂膜上产生图形,然后把此图形精确地转移到抗蚀剂下面的介质薄膜(如氧化硅、氮化硅、多晶硅)或金属薄膜(如铝及其合金)上去,制造出所需的薄层图案。刻蚀就是用化学的、物理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薄膜层除去,从而在薄膜上得到和抗蚀剂膜上完全一致的图形。刻蚀技术主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。干法刻蚀主要利用反应气体与等离子体进行刻蚀;湿法刻蚀主要利用化学试剂与被刻蚀材料发生化学反应进行刻蚀。湖北氧化硅材料刻蚀工艺当需要处理多层薄膜时,以及刻蚀中必须精确停在某个特定薄膜层而不对其造成损伤时。
典型的硅刻蚀是用含氮的物质与氢氟酸的混合水溶液。这一配比规则在控制刻蚀中成为一个重要的因素。在一些比率上,刻蚀硅会有放热反应。加热反应所产生的热可加速刻蚀反应,接下来又产生更多的热,这样进行下去会导致工艺无法控制。有时醋酸和其他成分被混合进来控制加热反应。一些器件要求在晶圆上刻蚀出槽或沟。刻蚀配方要进行调整以使刻蚀速率依靠晶圆的取向。取向的晶圆以45°角刻蚀,取向的晶圆以“平”底刻蚀。其他取向的晶圆可以得到不同形状的沟槽。多晶硅刻蚀也可用基本相同的规则。
硅材料在MEMS器件当中是很重要的一种材料。在硅材料刻蚀当中,应用于医美方向的硅针刻蚀需要用到各向同性刻蚀,纵向和横向同时刻蚀,硅柱的刻蚀需要用到各项异性刻蚀,主要是在垂直方向刻蚀,而横向尽量少刻蚀。氮化镓基超表面结构当中,氮化镓材料的刻蚀需要使用氧化硅作为掩膜来刻蚀,而氧化硅的刻蚀需要使用Cr充当硬掩模。所以工艺当中,需要先在氮化镓表面使用PECVD沉积一层氧化硅,采用剥离的方法在氧化硅表面生长一层Cr,使用ICP设备依次刻蚀氧化硅和氮化镓。ICP刻蚀可以调节的刻蚀参数有:ICP 功率,功率值越大,等离子体密度越大,射频功率,功率值越大,等离子体能量越大,物理溅射加强。GaN的刻蚀一般是采用氯气和三氯化硼,气体比例的变化可以调节物理轰击和化学反应的平衡。刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。
湿刻蚀:较普遍、也是设备成本较低的刻蚀方法。其影响被刻蚀物之刻蚀速率(etchingrate)的因素有三:刻蚀液浓度、刻蚀液温度、及搅拌(stirring)之有无。定性而言,增加刻蚀温度与加入搅拌,均能有效提高刻蚀速率;但浓度之影响则较不明确。举例来说,以49%的HF刻蚀SiO2,当然比BOE(Buffered-Oxide-Etch;HF:NH4F=1:6)快的多;但40%的KOH刻蚀付淋凶和Si的速率却比20%KOH慢!湿刻蚀的配方选用是一项化学的专业,对于一般不是这方面的研究人员,必须向该化学专业的同侪请教。一个选用湿刻蚀配方的重要观念是(选择性)(selectivity),意指进行刻蚀时,对被蚀物去除速度与连带对其他材质(如刻蚀掩膜;etchingmask,或承载被加工薄膜之基板;substrate)的腐蚀速度之比值。一个具有高选择性的刻蚀系统,应该只对被加工薄膜有腐蚀作用,而不伤及一旁之刻蚀掩膜或其下的基板材料刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制掩模图形。河南深硅刻蚀材料刻蚀
干法刻蚀优点是:细线条操作安全,易实现自动化,无化学废液,处理过程未引入污染,洁净度高。贵州MEMS材料刻蚀平台
反应离子刻蚀:这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用。辉光放电在零点几到几十帕的低真空下进行。硅片处于阴极电位,放电时的电位大部分降落在阴极附近。大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速,垂直入射到硅片表面上,以较大的动量进行物理刻蚀,同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应,产生化学刻蚀作用。选择合适的气体组分,不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度,还可以使活性基团的寿命短,这就有效地阻止了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成的侧向反应,较大提高了刻蚀的各向异性特性。反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中比较有发展前景的一种刻蚀方法。贵州MEMS材料刻蚀平台
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