離子刻蝕技術(shù)

相比刻蝕用單晶硅材料，芯片用單晶硅材料是芯片等終端產(chǎn)品的原材料，市場更為廣闊，國產(chǎn)替代的需求也十分旺盛。SEMI的統(tǒng)計(jì)顯示，2018年全球半導(dǎo)體制造材料市場規(guī)模為322.38億美元，其中硅材料的市場規(guī)模達(dá)到121.24億美元，占比高達(dá)37.61%?？涛g用單晶硅材料和芯片用單晶硅材料在制造環(huán)節(jié)上有諸多相似之處：積累的固液共存界面控制技術(shù)、熱場尺寸優(yōu)化工藝、多晶硅投料優(yōu)化等工藝技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為進(jìn)入新賽道提供了產(chǎn)業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的支撐?？涛g成了通過溶液、反應(yīng)離子或其它機(jī)械方式來剝離、去除材料的一種統(tǒng)稱?？涛g技術(shù)主要分為干法刻蝕與濕法刻蝕。離子刻蝕技術(shù)

在半導(dǎo)體制造中有兩種基本的刻蝕工藝：干法刻蝕和濕法腐蝕。干法刻蝕是把硅片表面曝露于氣態(tài)中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過光刻膠中開出的窗口，與硅片發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)（或這兩種反應(yīng)），從而去掉曝露的表面材料。干法刻蝕是亞微米尺寸下刻蝕器件的較重要方法。而在濕法腐蝕中，液體化學(xué)試劑（如酸、堿和溶劑等）以化學(xué)方式去除硅片表面的材料。濕法腐蝕一般只是用在尺寸較大的情況下（大于3微米）。濕法腐蝕仍然用來腐蝕硅片上某些層或用來去除干法刻蝕后的殘留物。濕法刻蝕特點(diǎn)是：濕法刻蝕在半導(dǎo)體工藝中有著普遍應(yīng)用：磨片、拋光、清洗、腐蝕。廣州南沙刻蝕設(shè)備在雙重曝光工藝中，若光刻膠可以接受多次光刻曝光而不在光罩遮擋的區(qū)域發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。

刻蝕，英文為Etch，它是半導(dǎo)體制造工藝，微電子IC制造工藝以及微納制造工藝中的一種相當(dāng)重要的步驟。是與光刻相聯(lián)系的圖形化處理的一種主要工藝。所謂刻蝕，實(shí)際上狹義理解就是光刻腐蝕，先通過光刻將光刻膠進(jìn)行光刻曝光處理，然后通過其它方式實(shí)現(xiàn)腐蝕處理掉所需除去的部分?？涛g是用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，其基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模圖形。隨著微制造工藝的發(fā)展，廣義上來講，刻蝕成了通過溶液、反應(yīng)離子或其它機(jī)械方式來剝離、去除材料的一種統(tǒng)稱，成為微加工制造的一種普適叫法。

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是一種對光敏感的混合液體。其組成部分包括：光引發(fā)劑（包括光增感劑、光致產(chǎn)酸劑）、光刻膠樹脂、單體、溶劑和其他助劑。光刻膠可以通過光化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)曝光、顯影等光刻工序?qū)⑺枰奈⒓?xì)圖形從光罩（掩模版）轉(zhuǎn)移到待加工基片上。依據(jù)使用場景，這里的待加工基片可以是集成電路材料，顯示面板材料或者印刷電路板。據(jù)第三方機(jī)構(gòu)智研咨詢統(tǒng)計(jì)，2019年全球光刻膠市場規(guī)模預(yù)計(jì)近90億美元，自2010年至今CAGR約5.4%。預(yù)計(jì)該市場未來3年仍將以年均5%的速度增長，至2022年全球光刻膠市場規(guī)模將超過100億美元?？梢园压饪碳夹g(shù)擴(kuò)展到32nm以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)。等離子刻蝕是將電磁能量（通常為射頻（RF））施加到含有化學(xué)反應(yīng)成分的氣體中實(shí)現(xiàn)。

雙等離子體源刻蝕機(jī)加裝有兩個射頻（RF）功率源，能夠更精確地控制離子密度與離子能量。位于上部的射頻功率源通過電感線圈將能量傳遞給等離子體從而增加離子密度，但是離子濃度增加的同時離子能量也隨之增加。下部加裝的偏置射頻電源通過電容結(jié)構(gòu)能夠降低轟擊在硅表面離子的能量而不影響離子濃度，從而能夠更好地控制刻蝕速率與選擇比。原子層刻蝕（ALE）為下一代刻蝕工藝技術(shù)，能夠精確去除材料而不影響其他部分。隨著結(jié)構(gòu)尺寸的不斷縮小，反應(yīng)離子刻蝕面臨刻蝕速率差異與下層材料損傷等問題。原子層刻蝕（ALE）能夠精密控制被去除材料量而不影響其他部分，可以用于定向刻蝕或生成光滑表面，這是刻蝕技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。目前原子層刻蝕在芯片制造領(lǐng)域并沒有取代傳統(tǒng)的等離子刻蝕工藝，而是被用于原子級目標(biāo)材料精密去除過程。在物理上，等離子體刻蝕劑由反應(yīng)室、真空系統(tǒng)、氣體供應(yīng)、終點(diǎn)檢測和電源組成。上?？涛g

濕法刻蝕主要利用化學(xué)試劑與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕。離子刻蝕技術(shù)

在氧化物中開窗口的過程，可能導(dǎo)致氧化物—硅界面層附近的Si0處發(fā)生鉆蝕。在極端情況下，可以導(dǎo)致氧化物層的脫落。在淺擴(kuò)散高速晶體管的制造中有時會遇到這一問題。薄膜材料刻蝕所用的化學(xué)物與溶解這一類物體的材料是相同的，其作用是將材料轉(zhuǎn)變成可溶性的鹽或復(fù)合物。對于每種材料，都有多種刻蝕化學(xué)物可選用，它們的特性取決于膜的參數(shù)(如膜的微結(jié)構(gòu)、疏松度和膜的形成過程)，同時也取決于所提供的前加工過程的性質(zhì)。它一般有下述特點(diǎn)：(1)膜材料比相應(yīng)的體材料更容易刻蝕。因此，必須用稀釋的刻蝕劑，以便控制刻蝕速率。(2)受照射的膜一般將被迅速刻蝕。這種情況，包括離子注入的膜，電子束蒸發(fā)生成的膜，甚至前工序中曾在電子束蒸發(fā)環(huán)境中受照射的膜。而某些光刻膠受照射則屬于例外，因?yàn)檫@是由于聚合作用而變得更難刻蝕的緣故。負(fù)性膠就是一例。(3)內(nèi)應(yīng)力大的膜將迅速被刻蝕。膜的應(yīng)力通常由沉積溫度、沉積技術(shù)和基片溫度所控制。(4)微觀結(jié)構(gòu)差的薄膜，包括多孔膜和疏松結(jié)構(gòu)的膜，將被迅速刻蝕。這樣的膜，?？梢酝ㄟ^高于生長溫度的熱處理使其致密化。鈍化層基本的刻蝕劑是氫氟酸，它有刻蝕二氧化硅而不傷及硅的優(yōu)點(diǎn)離子刻蝕技術(shù)

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