引言
基于化学的硅晶片微加工主要有两种类型：各向同性和各向异性硅蚀刻。各向同性蚀刻是所有晶体方向的蚀刻速率相同的地方，非常适合结构释放蚀刻等工艺，以及在用作器件制造的沉积模板或机械支撑后去除牺牲硅晶片。各向异性蚀刻是蚀刻速率取决于蚀刻方向的晶体取向的地方。湿法蚀刻还可能因液体搅拌和/或晶片干燥过程对结构造成机械损坏，从而导致产量和可靠性变化。粘滞效应对于微机电系统 (MEMS) 的制造来说尤其不利，因为薄结构实际上可以“粘”到基板上，从而妨碍安全释放或操作。【设备】【设备】【】【湿法刻蚀设备】
在这里，我们报告了使用这种替代 Si 蚀刻技术和三种不同硬掩模的初步结果：碳化硅 (SiC)、SiO 2和氮化硅 (SiN) 薄膜。作为概念证明，我们还将展示基于单晶SiC的隔膜、类MEMS结构和模仿光子波导结构的长Si条纹的制造。据我们所知，迄今为止还没有报道过这种蚀刻方法（在高温下仅使用O 2进行深硅蚀刻以进行硅微加工）。由于其众多优势，我们相信这种替代硅蚀刻技术可以成为一种有吸引力的硅微加工工艺，用于包括MEMS和硅光子学在内的广泛应用。【晶圆清洗设备制造】【晶圆清洗设备制造厂家】【】【】【兆声清洗设备】
实验
首先使用2英寸和150毫米Si(100) 基板在两侧涂上一层薄膜用于蚀刻掩模，并使用定制的低压化学气相沉积 (LP-CVD) 由约300纳米厚的单晶SiC组成工具，通过反应溅射形成约100 nm厚的 、SiN，或通过使用SiH 4和O 2的LP-CVD形成100至1000 nm厚的SiO 2在440 °C 或在1000 °C的炉中通过干法氧化热生长。【晶圆清洗设备】【】【】【半导体】【江苏科技有限公司】
这三个硬掩模针对此Si蚀刻工艺进行了兼容性测试，但为了方便起见，仅将SiC掩模用于这些研究，因为我们已经制造了许多SiC涂层硅晶片。然后将光刻胶旋涂到掩模层上，然后使用标准的UV光刻技术进行图案化，然后进行干法蚀刻，以将2至600 μm宽、1 mm长的各种形状和尺寸的特征转移到硬掩模中。两英寸晶片的暴露硅面积约为23%，150 毫米晶片的暴露硅面积在 15% 到 40% 之间。【】【】【KOH腐殖清洗机】
结果和讨论
首先，我们检查了O2流速对Si蚀刻速率的影响。由于测试图案的高纵横比，使用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)成像的组合测量并比较了不同O 2流速下的垂直和横向蚀刻速率。图2绘制了各种O2流速下的横向和垂直蚀刻速率结果。发现它们在1150 °C的流速为10 sccm O2时非常相似（即各向同性蚀刻），但在10 sccm O2之外是各向异性的，如图2(a)所示。然而，图 2(b)显示垂直和横向蚀刻速率均随O2流量以准线性速率增加，因此垂直与横向蚀刻速率比的饱和不是由于高O2流量下的垂直蚀刻速率饱和(>50sccm)。【】【RCA清洁设备】
图1.阿伦尼乌斯图显示在1100°C至1200°C下用20 sccm O2蚀刻后在600μm宽方形上测量的蚀刻速率。
图2.垂直蚀刻率和横向蚀刻率作为O2流量的功能的(a)比率。
图 3中绘制了作为掩模开口面积函数的横向蚀刻速率的变化。结果发现，实验蚀刻速率非常适合方程式中给出的经验幂律函数。其中ER是以μm/min为单位的横向蚀刻速率，area是以μm2为单位的掩模开口面积，a、b和c是取决于O 2流速（或分压）(sccm) 的拟合变量和蚀刻工具设计。对于所有幂律函数拟合，调整后的确定系数R 2值计算为介于0.89 和0.99之间（参见图 3）。垂直蚀刻速率可以从图 2(a)中所示的垂直与横向蚀刻速率比推导出来。除了观察到与o2流量相关的微加载效应外，我们还观察到了横向蚀刻率的各向异性。图4显示，蚀刻前面面也随o2流量的不同而变化。对于30 sccm和下蚀刻区域以下的o2流量显示为多边多边形，各向异性蚀刻的直接证据。在o2流量为40 sccm及以上时，边数减少，最多为一个带有圆角的正方形，更好地反映了原来的正方形开口。【马来西亚戈尼干炎装备】【兆声清洗】【湿法刻蚀】
图3.在不同O2流量下，掩模打开面积对Si（100）横向蚀刻速率的影响。
图4.在(a) 5、(b) 10、(c) 20、(d) 30、(e) 40、(f) 50、(g) 80和(h) 100 sccm的o2流速下，以1150°C蚀刻80μm方形掩模开口的光学显微镜图像。
结论
本文介绍了一种利用纯o2在高温下深蚀刻硅的新技术，并成功地演示了各种微米尺度的结构。研究了蚀刻温度、氧气流速和掩模孔径的影响。更高的温度和更高的o2流速导致更高的Si蚀刻率，尽管只有在50 sccm以下才能获得光滑的Si表面。垂直-横向蚀刻速率比随o2流量而变化，在10 sccm O2时是完全各向同性的。【湿法制程设备】【湿法制程制造厂家】【rca清洗设备】【马兰戈尼干燥设备】
一个有趣的观察结果是，通过改变o2流速，可以控制横向蚀刻率各向异性从各向异性到各向异性，在30 sccm处发生向各向同性的转变。高蚀刻率和高质量（光滑）蚀刻硅表面，加上消除卤素（提高安全性）和消除初步研究中实现的化学废物危害，显示了其在大规模制造中的巨大潜力。【兆声清洗设备】【英思特半导体】【】
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