相比刻蚀用单晶硅材料,芯片用单晶硅材料是芯片等终端产品的原材料,市场更为广阔,国产替代的需求也十分旺盛。SEMI的统计显示,2018年全球半导体制造材料市场规模为322.38亿美元,其中硅材料的市场规模达到121.24亿美元,占比高达37.61%。刻蚀用单晶硅材料和芯片用单晶硅材料在制造环节上有诸多相似之处:积累的固液共存界面控制技术、热场尺寸优化工艺、多晶硅投料优化等工艺技术已经达到国际先进水平,为进入新赛道提供了产业技术和经验的支撑。刻蚀较简单较常用分类是:干法刻蚀和湿法刻蚀。山西半导体材料刻蚀加工平台

铝膜湿法刻蚀:对于铝和铝合金层有选择性的刻蚀溶液是居于磷酸的。遗憾的是,铝和磷酸反应的副产物是微小的氢气泡。这些气泡附着在晶圆表面,并阻碍刻蚀反应。结果既可能产生导致相邻引线短路的铝桥连,又可能在表面形成不希望出现的雪球的铝点。特殊配方铝刻蚀溶液的使用缓解了这个问题。典型的活性溶液成分配比是:16:1:1:2。除了特殊配方外,典型的铝刻蚀工艺还会包含以搅拌或上下移动晶圆舟的搅动。有时超声波或兆频超声波也用来去除气泡。福建氧化硅材料刻蚀加工等离子体刻蚀机要求相同的元素:化学刻蚀剂和能量源。

介质刻蚀是用于介质材料的刻蚀,如二氧化硅。干法刻蚀优点是:各向异性好,选择比高,可控性、灵活性、重复性好,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。缺点是:成本高,设备复杂。干法刻蚀主要形式有纯化学过程(如屏蔽式,下游式,桶式),纯物理过程(如离子铣),物理化学过程,常用的有反应离子刻蚀RIE,离子束辅助自由基刻蚀ICP等。干法刻蚀方式比较多,一般有:溅射与离子束铣蚀,等离子刻蚀(PlasmaEtching),高压等离子刻蚀,高密度等离子体(HDP)刻蚀,反应离子刻蚀(RIE)。另外,化学机械抛光CMP,剥离技术等等也可看成是广义刻蚀的一些技术。
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。刻蚀的基本目标是在涂胶的硅片上正确的复制掩模图形。

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。干法刻蚀优点是:各向异性好,选择比高,可控性、灵活性、重复性好。福建氧化硅材料刻蚀加工
在激发状态,氟刻蚀二氧化硅,并将其转化为挥发性成分由真空系统排出。山西半导体材料刻蚀加工平台
氮化硅的干法刻蚀S13N4在半导体工艺中主要用在两个地方。1、用做器件区的防止氧化保护层(厚约lOOnm)。2、作为器件的钝化保护层。在这两个地方刻蚀的图形尺寸都比较大,非等向的刻蚀就不那么重要了。刻蚀Si3N4时下方通常是厚约25nm的Si02,为了避免对Si02层的刻蚀,Si3N4与S102之间必须有一定的刻蚀选择比。S13N4的刻蚀基本上与Si02和Si类似,常用CF4+0等离子体来刻蚀。但是Si-N键强度介于Si-Si与Si-0之间,因此使Si3N4对Si或Si02的刻蚀选择比均不好。在CF4的等离子体中,Si对Si3N4的选择比约为8,而Si3N4对Si02的选择比只有2—3,在这么低的刻蚀选择比下,刻蚀时间的控制就变得非常重要。除了CF4外,也有人改用兰氟化氮(NF3)的等离子体来刻蚀Si3N4,虽然刻蚀速率较慢,但可获得可以接受的Si3N4/Si02的刻蚀选择比。山西半导体材料刻蚀加工平台
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