半导体制造为什么要刻蚀,刻蚀有哪些分类?

2024-12-25

一、半导体刻蚀是什么意思?


刻蚀,英文为Etch,它是半导体制造工艺,微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻相联系的图形化(pattern)处理的一种主要工艺。所谓刻蚀,实际上狭义理解就是光刻腐蚀,先通过光刻将光刻胶进行光刻曝光处理,然后通过其它方式实现腐蚀处理掉所需除去的部分。刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程,其基本目标是在涂胶的硅片上正确地复制掩模图形。随着微制造工艺的发展,广义上来讲,刻蚀成了通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的一种统称,成为微加工制造的一种普适叫法。


二、为什么要刻蚀?


半导体刻蚀的用途有很多,最初晶圆是一个没有任何功能的硅片,如何将这个平板进行改造成需要的结构?这就需要对晶圆微加工了。


图1:晶圆.jpg


举个刻蚀工艺在摄像头中应用的例子。手机相机是如何成像的呢?


手机摄像头芯片会把所拍摄的景象进行分割,比如一幅山水画,进行分割后是下面这样:


图2:摄像头的像素.jpg


摄像头的像素就是根据分割的单元多少进行计算的,上面这张图横向有4个像元,纵向也是4个像元,相乘是16,也就是16像素的图片。


如果要将一幅图看的足够清晰,那就需要将图片划分为更小的单元格。


假如横坐标划分成1000个像元,纵坐标也划分成1000个像元,那就是百万像素的摄像头。


将摄像头芯片划分为小单元格的方法就是刻蚀。


下图是一张刻蚀完成后的半导体芯片局部细节图片:


图3:半导体芯片局部细节图.jpg


半导体刻蚀后的显微结构有点像南方的农田,在一大片农田里用农机设备加工整齐的沟渠,农田被划分为一块一块方正的单元,在单元农田上种水稻或小麦。



三、刻蚀有哪些分类?


刻蚀技术主要分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种。


1.湿法刻蚀


湿法刻蚀是指在特定的化学溶液中,将材料表面溶解掉的过程。常用的湿法刻蚀方法有:酸碱蚀刻、电化学蚀刻、氧化蚀刻等。


2.干法刻蚀


干法刻蚀是指在真空或者气氛控制下,通过物理或者化学手段将材料表面逐渐去除的方法。常用的干法刻蚀方法有:物理气相刻蚀(PVD)、化学气相刻蚀(CVD)、离子束刻蚀(IBE)等。


四、如何选择刻蚀工艺?


首先,根据芯片产品的制程要求,如果只有干法刻蚀能胜任刻蚀任务,选干法;如果干湿法刻蚀都能胜任的,一般选湿法,因为湿法较经济;如果想精确控制线宽或刻垂直/锥形角度,则选干法。


当然还有一些特殊的结构是必须要用湿法刻蚀的。比如MEMS中刻硅的倒金字塔结构,则只能用湿法刻蚀来完成。


五、PFA产品在刻蚀设备中有哪些作用


PFA产品在半导体刻蚀设备中发挥着至关重要的作用,主要体现在以下几个方面:


1.高纯度化学品输送


在半导体刻蚀过程中,需要使用各种腐蚀性化学品,如强酸、强碱、有机溶剂等。三氟莱PFA产品(如管、接头、阀门)由于其出色的耐化学腐蚀性,能够确保这些化学品在输送过程中不会与管道材料发生反应,从而保持化学品的高纯度和稳定性。


2.气体传输


半导体工艺中常需输送高纯度的气体,如氧气、氮气、氢气等。PFA产品(如管、接头、阀门)因其优异的惰性表面和低粒子释放性,使其非常适合用于高纯度气体的传输,以防止任何可能的污染,确保刻蚀过程的精确性和可靠性。


3.制作各种工具和容器


PFA产品可以制成各种工具和容器,如PFA花篮、PFA浸泡桶、PFA烧杯等,以确保蚀刻溶液和清洗溶液的高纯度,从而保证高生产效率。此外,PFA制成的容器可在一定程度上防止浆料中的杂质与晶圆接触,减少产品缺陷。


三氟莱,高纯氟塑料制品生产厂家,半导体工厂高纯PFA管供应商。


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