在Si片上形成具有垂直侧壁的高深宽比沟槽结构是制备先进MEMS器件的关键工艺,其各向异性刻蚀要求非常严格。高深宽比的干法刻蚀技术以其刻蚀速率快、各向异性较强、污染少等优点脱颖而出,成为MEMS器件加工的关键技术之一。BOSCH工艺,又名TMDE(Time Multiplexed Deep Etching)工艺,是一个刻蚀—钝化—刻蚀的循环过程,以达到对硅材料进行高深宽比、各向异性刻蚀的目的。 BOSCH工艺的原理是在反应腔室中轮流通入钝化气体C4F8与刻蚀气体SF6与样品进行反应,工艺的整个过程是淀积钝化层步骤与刻蚀步骤的反复交替。其中保护气体C4F8在高密度等离子体的作用下分解生成碳氟聚合物保护层,沉积在已经做好图形的样品表面。按材料来分,刻蚀主要分成三种:金属刻蚀、介质刻蚀、和硅刻蚀。江苏硅材料刻蚀加工平台

光刻胶是另一个剥离的例子。总的来说,有图形刻蚀和无图形刻蚀工艺条件能够采用干法刻蚀或湿法腐蚀技术来实现。为了复制硅片表面材料上的掩膜图形,刻蚀必须满足一些特殊的要求。包括几方面刻蚀参数:刻蚀速率、刻蚀剖面、刻蚀偏差、选择比、均匀性、残留物、聚合物、等离子体诱导损伤、颗粒玷污和缺陷等。刻蚀是用化学或物理方法有选择的从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制掩模图形。有图形的光刻胶层在刻蚀中不受腐蚀源明显的侵蚀。东莞ICP材料刻蚀平台刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制掩模图形。

刻蚀也可以分成有图形刻蚀和无图形刻蚀。有图形刻蚀采用掩蔽层(有图形的光刻胶)来定义要刻蚀掉的表面材料区域,只有硅片上被选择的这一部分在刻蚀过程中刻掉。有图形刻蚀可用来在硅片上制作多种不同的特征图形,包括栅、金属互连线、通孔、接触孔和沟槽。无图形刻蚀、反刻或剥离是在整个硅片没有掩模的情况下进行的,这种刻蚀工艺用于剥离掩模层(如STI氮化硅剥离和用于制备晶体管注入侧墙的硅化物工艺后钛的剥离)。反刻是在想要把某一层膜的总的厚度减小时采用的(如当平坦化硅片表面时需要减小形貌特征)。
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。理想情况下,晶圆所有点的刻蚀速率都一致(均匀)。

等离子刻蚀是将电磁能量(通常为射频(RF))施加到含有化学反应成分(如氟或氯)的气体中实现。等离子会释放带正电的离子来撞击晶圆以去除(刻蚀)材料,并和活性自由基产生化学反应,与刻蚀的材料反应形成挥发性或非挥发性的残留物。离子电荷会以垂直方向射入晶圆表面。这样会形成近乎垂直的刻蚀形貌,这种形貌是现今密集封装芯片设计中制作细微特征所必需的。一般而言,高蚀速率(在一定时间内去除的材料量)都会受到欢迎。反应离子刻蚀(RIE)的目标是在物理刻蚀和化学刻蚀之间达到较佳平衡,使物理撞击(刻蚀率)强度足以去除必要的材料,同时适当的化学反应能形成易于排出的挥发性残留物或在剩余物上形成保护性沉积(选择比和形貌控制)。采用磁场增强的RIE工艺,通过增加离子密度而不增加离子能量(可能会损失晶圆)的方式,改进了处理过程。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。四川氧化硅材料刻蚀外协
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材料的湿法化学刻蚀,包括刻蚀剂到达材料表面和反应产物离开表面的传输过程,也包括表面本身的反应。如果刻蚀剂的传输是限制加工的因素,则这种反应受扩散的限制。吸附和解吸也影响湿法刻蚀的速率,而且在整个加工过程中可能是一种限制因素。半导体技术中的许多刻蚀工艺是在相当缓慢并受速率控制的情况下进行的,这是因为覆盖在表面上有一污染层。因此,刻蚀时受到反应剂扩散速率的限制。污染层厚度常有几微米,如果化学反应有气体逸出,则此层就可能破裂。湿法刻蚀工艺常常有反应物产生,这种产物受溶液的溶解速率的限制。为了使刻蚀速率提高,常常使溶液搅动,因为搅动增强了外扩散效应。多晶和非晶材料的刻蚀是各向异性的。然而,结晶材料的刻蚀可能是各向同性,也可能是各向异性的,它取决于反应动力学的性质。晶体材料的各向同性刻蚀常被称作抛光刻蚀,因为它们产生平滑的表面。各向异性刻蚀通常能显示晶面,或使晶体产生缺陷。因此,可用于化学加工,也可作为结晶刻蚀剂。江苏硅材料刻蚀加工平台
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