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本文討論了溫度對(duì)去除氮化物或氧化物層的蝕刻速率的影響,對(duì)于氧化物層，溫度并不是很重要，因?yàn)檠趸镌谑覝叵驴梢员豢焖偃コ?/span>,這與氮化物層不同，與相同厚度的氧化物層相比，在室溫下去除它需要更長(zhǎng)的時(shí)間。具體來說，本研究比較了不同蝕刻溫度下氮化物層的圖案結(jié)構(gòu),在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，研究了不同溫度下氮化物層和氧化物層的蝕刻速率,氮化物和使用薄膜映射器F50薄膜指標(biāo)檢測(cè)氧化物層的厚度,最后，通過加熱桶方溶液，發(fā)現(xiàn)了最佳的蝕刻技術(shù),本文通過對(duì)傳統(tǒng)BOE工藝的比較，對(duì)其加熱工藝進(jìn)行了討論。
在本實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，在780μm厚的單拋光晶片上切割成1英寸的方形樣品,襯底在兩側(cè)預(yù)涂上199.91nm厚的LPCVD氮化硅,利用薄膜映射器F50薄膜指標(biāo)測(cè)量了薄層氮化物的厚度,底物在超聲浴中用丙酮和甲醇浸泡5分鐘,然后用去離子(DI)水沖洗樣品,然后用氮?dú)獗埔愿稍铩Ｗ詈?，將樣品放在熱板上，溫度設(shè)置為120oC，持續(xù)15-20分鐘進(jìn)行硬烤確保硅表面沒有水。
硅樣品然后進(jìn)行光刻過程，在基板上形成正方形框架,正光刻膠AZP4620首先使用旋轉(zhuǎn)涂布器涂覆在硅襯底上，設(shè)置為500rpm10s，然后是2000rpm20s,接下來，將基底置于120oC的熱板上，放置1分鐘,只有這樣，樣品才能準(zhǔn)備好進(jìn)行光刻工藝。利用掩模對(duì)準(zhǔn)器KarlSussMJB3將掩模上的正方形圖案轉(zhuǎn)移到硅襯底上,然后將樣品暴露在紫外線下90秒,然后，將基底在AZ400K顯影劑中浸入4分鐘，以形成正方形圖案,之后，這些樣品經(jīng)過了15分鐘的硬烘焙過程,接下來，將它們浸入緩沖氧化物蝕刻(BOE)溶液中，以去除框架開口處不需要的氮化物。
該溶液用于蝕刻二氧化硅或氮化硅的薄膜，特別是在微量加工過程中,所使用的BOE是49%氫氟酸(HF)溶液和40%氟化銨(NH4F)溶液的混合物，成分為1：6,高頻溶液本身用于太快去除氧化硅蝕刻，也剝離用于光刻圖案的光刻膠,氟化銨被用來減緩蝕刻速率，并避免光刻膠從基底上剝離,此外，NH4F還用于更可控的蝕刻速率,在這種溶液中，NH4F完全解離，提供了大量的鐵離子來源，這些鐵離子可以自由地與未解離的HF反應(yīng)形成hf2離子,在氮化硅基板上形成正方形框架的制作過程如圖所示1。
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圖1
本文研究了溫度對(duì)去除硅基底上氮化物和氧化物層的蝕刻速率的影響，實(shí)驗(yàn)首先將BOE溶液倒入特氟隆燒杯中，與玻璃燒杯相比，特氟隆燒杯具有高抗性，不易被強(qiáng)酸腐蝕，雙燒煮技術(shù)用于用熱板加熱BOE溶液，圖2為雙沸騰技術(shù)下的BOE蝕刻工藝示意圖。將溫度設(shè)置在40-80°C之間變化，以研究蝕刻速率，在此過程中，用特四氟隆夾具夾住樣品，該過程在去除氮化物或氧化物層的時(shí)間方面具有優(yōu)勢(shì)，通常，BOE工藝在室溫下去除200nm的氮化物層需要4小時(shí)，加熱BOE將減少去除氮化物層的時(shí)間。
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圖2
本文著重研究了去除氮化物層和氧化物層的新技術(shù)，特別是在硅基板上的框架圖案化方面，氮化物和氧化物層被用作掩模，以便進(jìn)行下一個(gè)過程，如稀釋硅襯底形成一個(gè)膜或某些MEMS應(yīng)用的膜或隔膜，有一些技術(shù)可以用來快速去除氮化物，DRIE只需要2分鐘來去除氮化物層，而不是4小時(shí)，本文探討了利用BOE濕式蝕刻工藝在最短時(shí)間內(nèi)去除氮化物并給出最佳圖案結(jié)構(gòu)的技術(shù)，將光刻膠AZP4620在氮化硅襯底上以500rpm旋轉(zhuǎn)涂層10s和2500rpm旋轉(zhuǎn)涂層20s，得到5μm厚的光刻膠層，樣品在120°C下軟烤1分鐘，光刻膠AZP4620適用于濕蝕刻工藝，因?yàn)樵摴饪棠z比AZ1500系列光刻膠形成非常薄的層。襯底在強(qiáng)度為2.4mW/cm2的紫外光下暴露90s，根據(jù)光刻膠層的厚度和曝光能，計(jì)算出曝光時(shí)間。然后將樣品浸入Az400K顯影劑和1：3體積比的去離子水中，以形成圖案2-4分鐘，然后，用去離子水沖洗樣品，用氮?dú)獗聘稍?/span>，然后將樣品在120°C下硬烘烤15分鐘。
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圖3顯示了已經(jīng)轉(zhuǎn)移到硅襯板上的框架,2mmx2mm的方形框架已在基底上充分開發(fā)，并準(zhǔn)備進(jìn)行BOE濕蝕刻工藝,在框架形成圖案后，可以研究溫度對(duì)BOE蝕刻過程的影響。為此，首先將樣品浸入室溫下的BOE溶液中,如前所述，確保氮化物從樣品框架表面完全去除需要4個(gè)小時(shí),相比之下，在80°C下去除不需要的氮化物只需要10分鐘,加熱BOE溶液將減少去除氮化物所消耗的時(shí)間，并且制造過程在時(shí)間和框架結(jié)構(gòu)方面變得更加高效。
如果BOE溶液進(jìn)入光刻膠區(qū)域，則會(huì)發(fā)生過度蝕刻,較短的蝕刻時(shí)間將減少BOE溶液進(jìn)入光刻膠區(qū)域的可能性，并保護(hù)框架結(jié)構(gòu)的下一個(gè)濕蝕刻過程。該方法證明了BOE溶液中短浸漬時(shí)間可以保護(hù)圖案結(jié)構(gòu),相反，在BOE溶液中長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)使溶液進(jìn)入光刻膠層,根據(jù)BOE溶液中不同樣品浸漬時(shí)間的顏色變化，溫度已設(shè)置為80°C，以加速該過程，結(jié)果表明，最初的紫色氮化物在浸泡5分鐘后變?yōu)榧t色，然后在添加5分鐘后最終變?yōu)殂y色，即硅色。氮化物層根據(jù)其厚度顯示出不同的各種顏色。所以，圖中的氮化物，將在這個(gè)過程中慢慢顯示這些顏色，因?yàn)樗晃g刻在25°C。
在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中，研究了在不同溫度下去除氮化物層和氧化物層的蝕刻速率，溫度從40°C到90°C不等，首先用含有氮化物層的樣品浸泡3分鐘，然后用薄膜映射器F50薄膜度量法來測(cè)量氮化物層的厚度，蝕刻速率與溫度成正比。換句話說，蝕刻速率隨溫度的升高而增加。
對(duì)于樣品2，將硅預(yù)涂上6.607μm的氧化物層，并在薄膜映射器下驗(yàn)證其厚度，實(shí)驗(yàn)設(shè)置是基于上述參數(shù)進(jìn)行的，根據(jù)圖中氧化物蝕刻速率也與溫度成正比，值得注意的是，蝕刻速率在70°C時(shí)迅速增加，與氮化物層相比，氧化物層的去除速度更快。例如，在BOE溶液中，可以在2分鐘內(nèi)去除200nm的氧化物層，但200nm的氮化物層需要4小時(shí)才能去除，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，結(jié)果表明，溫度提高了蝕刻速率，從而減少了去除氮化物層和氧化物層所消耗的時(shí)間。此外，通過向BOE溶液提供更高的溫度，也同樣提高了構(gòu)建掩模的框架結(jié)構(gòu)。
驗(yàn)證了溫度對(duì)去除氮化物層和氧化物層的影響，較高的溫度可以減少在蝕刻過程中所消耗的時(shí)間。此外，過度蝕刻的風(fēng)險(xiǎn)也降低了，因?yàn)闀r(shí)間會(huì)抑制BOE溶液進(jìn)入光刻膠層，兩種溫度水平的比較表明，在室溫下，BOE溶液需要4小時(shí)才能去除200nm的氮化物層，與此同時(shí)，80°C的溫度降低到只有9-10分鐘左右，結(jié)果證明，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，溫度可以提高96%。因此，可以說，溫度會(huì)在蝕刻過程的時(shí)間和框架結(jié)構(gòu)上提高蝕刻過程的有效性。