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。工艺所用化学物质取决于要刻蚀的薄膜类型。吉林硅材料刻蚀平台
二氧化硅湿法刻蚀:较普通的刻蚀层是热氧化形成的二氧化硅。基本的刻蚀剂是氢氟酸,它有刻蚀二氧化硅而不伤及硅的优点。然而,饱和浓度的氢氟酸在室温下的刻蚀速率约为300A/s。这个速率对于一个要求控制的工艺来说太快了。在实际中,氢氟酸与水或氟化铵及水混合。以氟化铵来缓冲加速刻蚀速率的氢离子的产生。这种刻蚀溶液称为缓冲氧化物刻蚀或BOE。针对特定的氧化层厚度,他们以不同的浓度混合来达到合理的刻蚀时间。一些BOE公式包括一个湿化剂用以减小刻蚀表面的张力,以使其均匀地进入更小的开孔区。辽宁Si材料刻蚀平台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。
硅材料在MEMS器件当中是很重要的一种材料。在硅材料刻蚀当中,应用于医美方向的硅针刻蚀需要用到各向同性刻蚀,纵向和横向同时刻蚀,硅柱的刻蚀需要用到各项异性刻蚀,主要是在垂直方向刻蚀,而横向尽量少刻蚀。氮化镓基超表面结构当中,氮化镓材料的刻蚀需要使用氧化硅作为掩膜来刻蚀,而氧化硅的刻蚀需要使用Cr充当硬掩模。所以工艺当中,需要先在氮化镓表面使用PECVD沉积一层氧化硅,采用剥离的方法在氧化硅表面生长一层Cr,使用ICP设备依次刻蚀氧化硅和氮化镓。ICP刻蚀可以调节的刻蚀参数有:ICP 功率,功率值越大,等离子体密度越大,射频功率,功率值越大,等离子体能量越大,物理溅射加强。GaN的刻蚀一般是采用氯气和三氯化硼,气体比例的变化可以调节物理轰击和化学反应的平衡。
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。有图形的光刻胶层在刻蚀中不受腐蚀源明显的侵蚀。
反应离子刻蚀:这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用。辉光放电在零点几到几十帕的低真空下进行。硅片处于阴极电位,放电时的电位大部分降落在阴极附近。大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速,垂直入射到硅片表面上,以较大的动量进行物理刻蚀,同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应,产生化学刻蚀作用。选择合适的气体组分,不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度,还可以使活性基团的寿命短,这就有效地阻止了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成的侧向反应,较大提高了刻蚀的各向异性特性。反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中比较有发展前景的一种刻蚀方法。按照被刻蚀的材料类型来划分,干法刻蚀主要分成三种:金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。深圳ICP材料刻蚀厂商
二氧化硅的刻蚀,可以采用湿法腐蚀的方法来腐蚀,也可以采用ICP干法来刻蚀。吉林硅材料刻蚀平台
选择比指的是在同一刻蚀条件下一种材料与另一种材料相比刻蚀速率快多少,它定义为被刻蚀材料的刻蚀速率与另一种材料的刻蚀速率的比。基本内容:高选择比意味着只刻除想要刻去的那一层材料。一个高选择比的刻蚀工艺不刻蚀下面一层材料(刻蚀到恰当的深度时停止)并且保护的光刻胶也未被刻蚀。图形几何尺寸的缩小要求减薄光刻胶厚度。高选择比在较先进的工艺中为了确保关键尺寸和剖面控制是必需的。特别是关键尺寸越小,选择比要求越高。广东省科学院半导体研究所。吉林硅材料刻蚀平台
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