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        北京歐倍爾科學儀器有限公司

        德國進口等離子表面處理設備中國總代理

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        等離子表面刻蝕解決方案

        刻蝕(Etch)是半導體制造、微電子IC制造以及微納制造工藝中的一個重要的步驟,是與光刻相聯系的圖形化處理的主要工藝??涛g狹義理解就是光刻腐蝕,先通過光刻將光刻膠進行光刻曝光處理,然后通過其它方式進行腐蝕,處理掉所需除去的部分。廣義上來講,刻蝕是通過溶液、反應離子或其它機械方式來剝離、去除材料的一種統稱,成為微加工制造的一種普適叫法。

        刻蝕技術

        濕法刻蝕、干法刻蝕比較

        濕法刻蝕

        濕法刻蝕是使用特定的溶液與需要被刻蝕的薄膜材料進行化學反應,選擇性地刻蝕掉該薄膜層上未被掩蔽的部分。

        三個基本步驟: 腐蝕,清洗,干燥
        干法刻蝕

        干法刻蝕一般指等離子表面刻蝕(Plasma Surface Etching),材料表面通過反應氣體等離子被選擇性地刻蝕,被刻蝕的材料轉化為氣相并被真空泵排出,處理后的材料微觀比表面積增加并具良好親水性。

        干法刻蝕和濕法刻蝕性能對比表

          濕法刻蝕 干法刻蝕
        刻蝕圖形 不大于3μm 亞微米級
        刻蝕剖面 各向同性,易側向鉆蝕 各向異性、各向同性
        刻蝕速率 可控
        選擇性 可控
        均勻性 放熱放氣,腐蝕不均勻 片內、片間、批次間的刻蝕均勻
        產量 量大(批量) 可控
        藥劑使用量 大量 少量
        后續工藝 干燥
        濕法刻蝕引起側蝕
        濕法刻蝕引起側蝕

        濕法刻蝕廣泛應用于將多晶硅、氧化物、氮化物、金屬與Ⅲ-V族化合物等作整片(即覆蓋整個晶片表面)的腐蝕,攪動、腐蝕液的溫度都會影響腐蝕速率。IC工藝中,大多數WCE是將晶片浸入化學溶液中,或是噴射腐蝕液在晶片表面濕法刻蝕局限于3µm以上的圖形尺寸,各向同性刻蝕導致邊側形成斜坡,要求沖洗和干燥步驟,存在潛在的試劑污染,光刻膠粘結力失效導致底切,因此各種先進電路的小尺寸精細刻蝕只能用干法刻蝕來實現。

        等離子體刻蝕系統已由應用于簡單的、整批的光刻膠剝蝕快速發展到大的單片晶片加工??涛g系統為符合深亞微米器件的圖案轉移,從傳統的反應離子刻蝕持續改進到高密度等離子體刻蝕。

        等離子刻蝕可以通過調整大量的工藝參數來將刻蝕速率、選擇比、輪廓控制、臨界尺寸、工藝導致損傷等最佳化。

        解決案例

        • 精細圖形轉移

          在微電子制造工藝中,光刻圖形必須最終轉移到光刻膠下面組成器件的各薄膜層上,這種圖形的轉移是采用刻蝕工藝完成的。但是濕法刻蝕的寬度局限于3μm以上,因此要實現超大規模集成電路生產中的微細圖形高保真地從光刻模板轉移到硅片上不可替代的工藝只能采用等離子刻蝕。

          在等離子體刻蝕工藝中,首先是在把硅晶片上面涂抹一層光敏物質,并在光敏物質上蓋上具有一定圖形的金屬模板。然后進行紫外曝光,使部分晶片的表面裸露出來,接著再把這種待加工的硅晶片放置到具有化學活性的低溫等離子體中,進行等離子體刻蝕。這種具有化學活性的等離子體一般采用氯氣或碳氟氣體電離產生,含有電子和離子和其他活性自由基(如•Cl、•Cl2、•F、•CF等)。這些活性基團沉積到裸露的硅晶片上時,與硅原子反應生成揮發性的氯化硅或氟化硅分子,從而對晶片進行各向異性刻蝕。另一方面,為了控制轟擊到晶片上離子的能量分布和角度分布,還通常將晶片放置在一個施加射頻或脈沖偏壓的電極上面,在晶片的上方將形成一個非電中性的等離子體區,即鞘層-等離子體中的離子在鞘層電場的作用下,轟擊到裸露的晶片表面上,并與表面層的硅原子進行碰撞,使其濺射出來,從而實現對晶片的各向異性刻蝕。

          目前在一些發達國家的實驗室里,刻蝕線寬已經突破0.1μm,并開始考慮挑戰納米芯片的加工技術。

        • 等離子刻蝕平板

          兩個大小和位置對稱的平行金屬板作為等離子發生的電極,平板放置于接地的陰極上面,RF信號加在反應器的上電極。由于等離子體電勢總是高于地電勢,因而是一種帶能離子進行轟擊的等離子體刻蝕模式,進行各向異性刻蝕,可得幾乎垂直的側邊。另外,旋轉晶圓盤可增加刻蝕的均勻性。該系統可設計成批量和單個晶圓反應室,可對刻蝕參數精密控制,以得到均勻刻蝕。

        • 薄膜刻蝕

          刻蝕技術是電子信息領域實現薄膜的微圖形化的關鍵技術之一。為了提高芯片的集成度,要求鐵電薄膜的圖形線寬在微米或亞微米量級,目前多采用高密度等離子體刻蝕方法,刻蝕后能夠形成很好的刻蝕剖面,且具有較高的刻蝕速度。

        • 纖維刻蝕

          等離子對纖維材料的轟擊作用不但可以顯示出纖維表層和內部的結構特征,而且可以滲入使表層分子活化,使纖維得以改性。如吸濕性較差的化學纖維,經過等離子刻蝕處理,吸濕性變得優良。羊毛纖維的差微摩擦效應易于引起織物的氈縮,刻蝕處理后,防粘縮性提高;某些纖維原成紗性較差,刻蝕改性后,其可紡性和紗線強力提高。

        等離子刻蝕過程及微觀

        硅片的等離子刻蝕過程

        POM 聚合物材料等離子處理前后的SEM表面微觀形貌

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