【干货分享】微纳加工-刻蚀工艺

滤波器 2024-04-16 07:00

 微纳加工刻蚀工艺简介  


微纳加工是一种高度精密的制造技术,用于制造微小尺寸的结构和器件,通常在微米(百万分之一米)和纳米(十亿分之一米)尺度范围内。这种技术在许多领域中都有应用,包括电子、光学、生物医学、纳米技术和材料科学等。


微纳加工的高精度和精确度,可以在微米和纳米尺度上精确控制材料的形状和结构,这使得制造微小器件和结构成为可能。那么刻蚀作为其中关键的一环,如何合理选用刻蚀方式,达到理想效果也成为关键。


图1 微纳加工刻蚀工艺图


 1 

什么是刻蚀

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, 它在整个半导体工艺中是至关重要的一个步骤。随着微制造工艺的发展, 也衍生出了许多刻蚀方式,为微纳加工开辟了更多可能。


刻蚀的方式有哪些


图2 刻蚀方式分类图


 2 

主要刻蚀方式

在微纳加工中,了解加工工艺及设备的原理和特点十分重要,以下将着重介绍刻蚀的主要方式和相关设备。


 湿法刻蚀 


湿法刻蚀的原理

湿法刻蚀是传统的刻蚀方法。湿法刻蚀通过将样片浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中,使没有被抗蚀剂掩蔽的部分薄膜表面与试剂发生化学反应来达到除去效果。


湿法刻蚀的特点 

主要特点:各向同性,不易控制。


图3 湿法刻蚀各向同性


湿法刻蚀的操作简便、对设备要求低、易于实现大批量生产,并且刻蚀的选择性也好。

湿法刻蚀的各向异性较差,横向钻蚀严重使所得的刻蚀剖面呈圆弧形,甚至使精确控制图形尺寸变得困难。对于采用微米级和亚微米量级线宽的超大规模集成电路,刻蚀方法必须具有较高的各向异性特性,才能保证图形的精度。


湿法刻蚀的应用

从半导体制造业一开始,湿法刻蚀就与硅片制造紧密相连。湿法刻蚀在漂去氧化硅、去除残留物、表层剥离以及大尺寸图形刻蚀应用等方面起着重要作用。

与干法刻蚀相比,湿法刻蚀的好处在于对下层材料具有高的选择比,对器件不会带来等离子体损伤,有着广泛的应用。


图4 几种湿法应用案例

 干法刻蚀 


干法刻蚀的原理

干法刻蚀是利用气相中的化学或物理反应来去除材料表面的刻蚀工艺。其中最常见的干法刻蚀包括物理刻蚀(离子束刻蚀,IBE)、等离子刻蚀(如反应离子刻蚀,RIE)。


干法刻蚀的特点

主要特点:各向异性蚀刻,图形的保真性高。


图5 干法刻蚀效果图


当气体以等离子体形式存在时,它具备两个特点。第一个特点,等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多,根据被刻蚀材料的不同,选择合适的气体,就可以更快地与材料进行反应,实现刻蚀去除的目的。第二个特点,等离子气体还可以利用电场对等离子体进行引导和加速,使其具备一定能量,当其轰击被刻蚀物的表面时,会将被刻蚀物材料的原子击出,从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此,干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。


 3 

干法刻蚀的机制

干法蚀刻的三种主要机制:

物理干法蚀刻:加速粒子对晶圆表面的物理磨损。

化学干法蚀刻:气体与晶圆表面发生化学反应。

化学、物理干法蚀刻:具有化学特性的物理蚀刻工艺。


实际运用中常用类型为物理刻蚀与化学物理刻蚀,以下着重介绍实际常用类型及相关设备。

物理刻蚀:离子束刻蚀IBE

图6 IBE 设备原理图


图7 IBE 设备核心离子源结构一览


IBE刻蚀的原理

IBE刻蚀设备采用离子束刻蚀技术,其原理基于离子和固体表面的相互作用。具体而言,离子束通过控制系统加速并聚焦,然后瞄准待刻蚀的样品表面。离子束在与样品表面相撞时,会发生多种相互作用,包括散射、表面反射、电子激发和离子抑制等。其中,离子抑制是IBE刻蚀设备的核心原理。


IBE刻蚀的优势

高精度:IBE刻蚀设备能够实现纳米级结构的制作,具有较高的刻蚀精度和表面光洁度。

高选择性:IBE刻蚀设备可以选择性地刻蚀不同材料,而不对其他材料产生影响,从而实现复杂器件的制作。

无损伤:IBE刻蚀设备采用非接触式刻蚀方式,不会对样品表面造成机械或热力学损伤。

高效率:IBE刻蚀设备工作速度快,能够在较短的时间内完成大面积的刻蚀。


IBE刻蚀的应用

IBE刻蚀设备作为一种基于离子束刻蚀技术的加工设备,具有高精度、高选择性、无损伤和高效率的优势。广泛应用于半导体、微电子和光电子等领域。它可以用于制作纳米级结构的晶体管、光学器件、传感器等微电子器,以及光栅、光波导等光电子器件。通过不断的创新和改进,IBE刻蚀设备将进一步推动微纳加工技术的发展。


图8 IBE 刻蚀成果图

化学物理刻蚀:反应离子刻蚀RIE

图9 RIE 设备原理图


RIE刻蚀的原理

反应离子刻蚀RIE是一种利用化学反应和物理离子轰击作用进行刻蚀的技术。在RIE中,整个真空壁接地作为阳极,而阴极是功率电极。阴极侧面的接地屏蔽罩可以防止功率电极受到溅射。待刻蚀的基片放置在功率电极上,腐蚀气体在反应室中充满,并在高频电场的作用下加速。

这些被加速的杂散电子与气体分子或原子发生随机碰撞,当电子的能量足够大时,会发生非弹性碰撞,产生二次电子发射。这些二次电子进一步与气体分子碰撞,激发或电离气体分子,引起电离和复合的激烈反应。当电子的产生和消失过程达到平衡时,放电能继续不断地维持下去。由非弹性碰撞产生的离子、电子及游离基(游离态的原子、分子或原子团)也称为等离子体,具有很强的化学活性,可以与被刻蚀样品表面的原子起化学反应,形成挥发性物质,达到腐蚀样品表层的目的。

同时,由于阴极附近的电场方向垂直于阴极表面,高能离子在一定的工作压力下,垂直地射向样品表面,进行物理轰击,使得反应离子刻蚀具有很好的各向异性。这种技术在半导体集成电路的蚀刻工艺中非常重要,它通过切断保护膜物质的化学键,使之产生低分子物质,挥发或游离出板面,从而去除不需要的集成电路板上的保护膜。


RIE刻蚀的优势

各向异性好、选择比高、可控性、灵活性、重复性好。


RIE刻蚀的应用

RIE刻蚀能够实现良好的形貌控制能力、较高的选择比和可接受的刻蚀速率,广泛应用于集成电路、声表面波器件以及生物器件等领域。


图10 RIE 刻蚀成果图

化学物理刻蚀:感应耦合等离子刻蚀ICP

图11 ICP 设备原理图


ICP刻蚀的原理

ICP感应耦合等离子刻蚀的等离子体与材料表面发生反应,主要有两种形式,一种是化学反应,另一种是物理反应。

ICP刻蚀是利用高频电场激励气体形成等离子体,通过等离子体与材料表面反应来实现微纳加工的过程。ICP等离子刻蚀的等离子体产生主要有两种方式,一种是通过射频电场激励气体,另一种是通过微波电场激励气体。 


ICP刻蚀的优势

图形保真度和分辨率高:干法刻蚀能够提供高质量的图形,这得益于其在微观层面的精细控制能力。

适用范围广:干法刻蚀可以用于刻蚀难以通过湿法处理的薄膜,如氮化硅等。

清洁性好:生成的气态物质可以被有效抽出,减少了环境污染和化学品的处理成本。

良好的刻蚀均匀性和选择性:干法刻蚀能够在不同层之间以及同一层的不同区域保持刻蚀的一致性和准确性。

化学制品使用较少:相比湿法刻蚀,干法刻蚀使用的化学制品较少,从而降低了处理成本。


ICP刻蚀的应用

1. 微电子加工:ICP刻蚀是制备微电子器件的重要技术之一,可以实现高精度、高选择性、高效率的微纳加工,如制备MEMS器件、光电器件、集成电路器件等。

2. 生物芯片制备:ICP刻蚀可以实现生物芯片的制备,如微流控芯片、生物传感器等,可以实现对微米级别的生物样品的处理和检测。

3. 纳米加工:ICP刻蚀可以实现纳米级别的加工,如制备纳米结构、纳米管等,可以应用于光子学、电子学、生物医学等领域。


图12 ICP刻蚀设备成果图

常见的刻蚀技术还包括深反应离子刻蚀(DRIE)、激光刻蚀(laser etching)等。


图13 其他刻蚀方式成果展示


 4 

小结

在不断发展的科技环境下,我们需要开发不同的工艺方式,也可以组合一些工艺方式,实现不同的需求和效果。

在微纳加工和半导体集成的制程中要根据实际需求选择合适的工艺方式以及工艺设备,以满足刻蚀精度和工艺效果。


图14 干湿法结合刻蚀的成果图

主要参考文章:

  1. 半导体芯片工艺-刻蚀工艺,知乎:Seeker

  2. 半导体八大工艺之刻蚀工艺-干法刻蚀,知乎:柯一微

  3. 芯片制造的刻蚀工艺科普,知乎:失效分析

  4. 刻蚀技术,百度百科

  5. SENTECH公司

  6. LEUVEN公司

© 滤波器 微信公众号

滤波器 欢迎滤波器+微波射频行业人士关注! 掘弃平庸,学习更专业的技术知识!
评论
  •     IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式,成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件,可以查看(不可修改)IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品:Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 49浏览
  •  万万没想到!科幻电影中的人形机器人,正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日,乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车,再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔,银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司,在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1,这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人,得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业,智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 360浏览
  • 临近春节,各方社交及应酬也变得多起来了,甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”,基本是关于2025年经济预判的话题,以及如何稳定工作等话题;但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面,他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中,我发现今年的聊天有个很有意思的“点”,挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的,还能掌握一些经济趋势的分析能力,到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情?单单就这个一个月内,我就重复了数次“为什么”,再辅以我上次写的:《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 30浏览
  • 80,000人到访的国际大展上,艾迈斯欧司朗有哪些亮点?感未来,光无限。近日,在慕尼黑electronica 2024现场,ams OSRAM通过多款创新DEMO展示,以及数场前瞻洞察分享,全面展示自身融合传感器、发射器及集成电路技术,精准捕捉并呈现环境信息的卓越能力。同时,ams OSRAM通过展会期间与客户、用户等行业人士,以及媒体朋友的深度交流,向业界传达其以光电技术为笔、以创新为墨,书写智能未来的深度思考。electronica 2024electronica 2024构建了一个高度国际
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:45 405浏览
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 150浏览
  • 电竞鼠标应用环境与客户需求电竞行业近年来发展迅速,「鼠标延迟」已成为决定游戏体验与比赛结果的关键因素。从技术角度来看,传统鼠标的延迟大约为20毫秒,入门级电竞鼠标通常为5毫秒,而高阶电竞鼠标的延迟可降低至仅2毫秒。这些差异看似微小,但在竞技激烈的游戏中,尤其在对反应和速度要求极高的场景中,每一毫秒的优化都可能带来致胜的优势。电竞比赛的普及促使玩家更加渴望降低鼠标延迟以提升竞技表现。他们希望通过精确的测试,了解不同操作系统与设定对延迟的具体影响,并寻求最佳配置方案来获得竞技优势。这样的需求推动市场
    百佳泰测试实验室 2025-01-16 15:45 339浏览
  • 高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛,高速先生就不打算给大家上难度了,整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来,尤其对于PCB设计工程师来说,心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计,高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心!另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈,因为翻看很多以往的文章,高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦!咋滴,今天居然说孔径不关心了?别,别急哈,听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定,毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 95浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 161浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 179浏览
  • 2024年是很平淡的一年,能保住饭碗就是万幸了,公司业绩不好,跳槽又不敢跳,还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的,碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有,小问题还是有不少,这里就举一两个来说一下。第一个就是,先看下下面的这个封装,你能猜出它的引脚间距是多少吗?这种排线座比较常规的是0.6mm间距(即排线是0.3mm间距)的,而这个规格也是我们用得最多的,所以我们按惯性思维来看的话,就会认为这个座子就是0.6mm间距的,这样往往就不会去细看规格书了,所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 181浏览
  • 随着消费者对汽车驾乘体验的要求不断攀升,汽车照明系统作为确保道路安全、提升驾驶体验以及实现车辆与环境交互的重要组成,日益受到业界的高度重视。近日,2024 DVN(上海)国际汽车照明研讨会圆满落幕。作为照明与传感创新的全球领导者,艾迈斯欧司朗受邀参与主题演讲,并现场展示了其多项前沿技术。本届研讨会汇聚来自全球各地400余名汽车、照明、光源及Tier 2供应商的专业人士及专家共聚一堂。在研讨会第一环节中,艾迈斯欧司朗系统解决方案工程副总裁 Joachim Reill以深厚的专业素养,主持该环节多位
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:51 195浏览
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 121浏览
  • 日前,商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表(手环)购新补贴实施方案》明确,个人消费者购买手机、平板、智能手表(手环)3类数码产品(单件销售价格不超过6000元),可享受购新补贴。每人每类可补贴1件,每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15%,每件最高不超过500元。目前,京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作,未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启,京东将第一时间率先上线,满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放,基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 221浏览
  • 数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路,在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立,提高低压系统的抗干扰能力,同时还可确保高、低压系统之间的安全交互,使系统稳定工作,并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是,数字隔离芯片历经多年发展,其应用范围已十分广泛,凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么,电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 73浏览
  • 嘿,咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢,简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊,2010年的时候,是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的,目的就是想搞个新的、开放的指令集架构,能跟上现代计算的需要。到了2015年,专门成立了个RISC-V基金会,让这个架构更标准,也更好地推广开了。这几年啊,这个RISC-V的生态系统发展得可快了,好多公司和机构都加入了RISC-V International,还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 111浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦