SiO2膜在微技术中具有两个主要作用:作为介电层或作为掺杂/蚀刻掩模。在这两种情况下,通常都需要图案化。当在高温烘箱中通过硅衬底的氧化获得时,SiO2被称为“热”。否则,它可以通过化学气相沉积(CVD)作为附加层而获得,不需要硅衬底。
氧化物厚度通常在100 nm和1000 nm之间(即分别为1000Å和10000Å,这是在薄膜技术中仍非常流行的埃单位的使用)。
它可以容易地用对硅的影响可以忽略不计的化学物质蚀刻。而且,许多硅蚀刻剂不影响氧化物。这种可能性被广泛用于所有基于硅的微技术中。
如果氧化物用作硅加工的高温掩模,则必须预先在低温下使用基于抗蚀剂的微光刻工艺对其进行构图。
当必须在硅上进行室温工艺时,可以避免使用氧化物掩膜,因为抗蚀剂可以直接充当硅的掩膜。但是,有些化学物质可以轻松蚀刻抗蚀剂和硅。典型的例子是硅的各向异性蚀刻,通常在KOH(氢氧化钾)中进行。在这种情况下,稀释的KOH也是用于正性抗蚀剂的典型显影液。因此,蚀刻过程应以黄光进行,抗蚀剂对此不敏感。这是不切实际的。但是即使如此,由于对于硅的可接受的蚀刻速率需要浓缩的KOH,因此再次不能使用抗蚀剂,因为未经稀释的KOH会去除抗蚀剂,即使它没有被曝光。
SiO2的一种非常“选择性”的化学物质(即根本不腐蚀硅)是氢氟酸(HF)。如果直接使用,则这种蚀刻剂对氧化物具有过快和过强的作用,使得底切和线宽控制非常困难。由于这个原因,HF普遍用作“缓冲”溶液,通过调节镀液的PH值,可以保持较低的蚀刻速率并保持恒定。这允许蚀刻时间可靠地与蚀刻深度相关。
行业标准的缓冲氢氟酸溶液(BHF)具有以下配方:
-6体积的氟化铵(NH4F,40%溶液)-1体积的HF。
例如,可以通过将113 g NH4F与170 ml H2O混合,然后添加28 ml HF来制备。室温下的蚀刻速率范围为1000至2500Å/ min。这取决于氧化物的实际密度,该氧化物作为无定形层可以具有更致密的结构(如果在其中热生长是氧气)或更不致密的结构(如果通过CVD生长)。以下蚀刻反应成立:
SiO2 + 6HF-> H2SiF6 + H2O
H2SiF6是水溶性的。
有时,BHF是按照上述配方制备和储存的,但在使用前将其以7:1的比例稀释在水中。这允许更好地控制蚀刻速率。优良作法是仅使用稀释的BHF,然后将其丢弃,以确保过程可重复性。如果使用35°C的BHF稀释浴,则热氧化物的蚀刻速率约为800Å/ min。
另一种流行的蚀刻配方是P蚀刻:
60体积的H2O + 3体积 HF + 2卷 HNO3的值,即:
300毫升H2O + 15毫升HF + 10毫升HNO3。
由于生长技术的缘故,P蚀刻作用在很大程度上取决于氧化物密度。文献报道了一个例子(WA Pliskin,J.Vac.Sci Technol。,第14卷,第1064页,1977),表明热氧化物为120Å/ min,溅射氧化物为250-700Å/ min。
为了打开硅衬底的掩模窗口,优选慢蚀刻浴。然而,蚀刻工艺可以仅用于从整个表面去除氧化膜。在这种情况下,蚀刻速度并不严格,可以使用快速溶液,例如将HF在水中以1:10的比例稀释。通过目视检查表面可以容易地评估蚀刻时间。除去氧化膜后,就会出现硅表面的金属灰色。
有时需要非常轻的蚀刻,以去除仅几个原子层。这是表面清洁和去污的情况。可以使用在水中以1:50稀释的HF。蚀刻速度将约为70Å/ min。例如,可以用45-50秒的光蚀刻去除硅上典型的50Å“天然”氧化物。
请注意,必须仅在聚乙烯或特氟隆容器中处理和使用BHF和稀释的HF。任何玻璃材料也将被蚀刻。除了对操作者的潜在危险之外,这还将是蚀刻的污染源。